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Bâtiment et mobilité électrique
face au défi climatique
Jean Bergougnoux - 20 novembre 2017
1
Changement climatique et maîtrise
des émissions de gaz à effet de serre
au plan mondial
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 2
Évolution de la température atmosphérique
à la surface du globe
Évolution des températures globales moyennes de 1850 à 2014
par rapport à la période de référence 1961-1990
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 3
Évolution de la température atmosphérique
à la surface du globe
Évolution des températures globales moyennes de 1900 à 2014
par rapport à la période de référence 1961-1990
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 4
Élévation du niveau des mers
Évolution du niveau des mers du globe
par rapport à la période de référence 1900-1905
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 5
COP21 : l’Accord de Paris
Adopté à l’unanimité par les 195 parties à la Convention-cadre des Nations unies
sur les changements climatiques.
Maintien de l’augmentation de la température au dessous de 2°C (idéalement 1,5 °C).
« plafonnement mondial des émissions » atteint « dans les meilleurs délais ».
Responsabilité partagée mais différentiée.
100 milliards de $ par an à partir de 2020 de dons et prêts pour les pays
les plus en difficulté (« adaptation » et lutte contre les émissions).
Mécanisme de suivi des engagements tous les cinq ans dès 2025.
Utilité d’un encadrement du prix du carbone.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 6
Le rôle majeur des émissions de CO2 :
État des lieux et prospective
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 7
Répartition des émissions mondiales de GES
par gaz en 2010
Selon le potentiel de réchauffement global
à 20 ans
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 8
Selon le potentiel de réchauffement global
à 100 ans
Les émissions des six gaz à effet de serre couverts par le protocole de Kyoto ont augmenté de
80% depuis 1970 et de 45% depuis 1990 pour atteindre 54 Gt CO2éq.en 2013.
CO2
Moyenne mensuelle
de la concentration de CO2
à Mauna Loa 1958-2015
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 9
Contribution des différents gaz à effet de serre aux émissions totales hors UTCATF
en 1990 et 2014 pour la France (périmètre Kyoto)
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 10
Gaz à Effet de Serre -GES
Les scénarios du GIEC en 2013
Projection des émissions liées aux énergies fossiles suivant les quatre profils
d’évolution de GES (RcP) du Giec
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 11
La France est un pays relativement peu émetteur de CO2
Émissions de CO2 en 2013 rapportées au PIB (tonnes de CO2/M$ 2005 PPA)
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 12
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Briser le lien entre croissance économique et
émissions de CO2 ?
Émissions de CO2 dues à l’énergie par rapport au PIB dans le monde
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Chine
États-Unis
Monde
UE à 28
Afrique
France
Divers facteurs expliquent la relative faiblesse
des émissions de CO2 de la France et leur évolution
Situation géographique et climatologie.
Poids des différents secteurs économiques.
Politiques d’économie d’énergie.
Recours important à une énergie électrique décarbonée.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 14
Décarbonation de l’électricité : la France exemplaire
Contenu CO2 de l’électricité par pays pour 2011
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 15
La loi de transition énergétique (LTECV)
et la stratégie (nationale) bas carbone
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 16
Deux objectifs centraux de la loi de transition
énergétique du 17 août 2015, à l’horizon 2050
Diviser par 4 les émissions de gaz à effet de serre par rapport à leur niveau de 1990.
Diviser par 2 les consommations d’énergie finale* par rapport à leur niveau de 2012.
Dans le cas du CO2, une division par 4 ne pourra être obtenue que par une substitution
massive d’énergies peu carbonées aux hydrocarbures fossiles.
* Dans le cas des combustibles fossiles on prend en compte l’énergie primaire.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 17
Des progrès significatifs mais très inégalement répartis
en matière de maîtrise des émissions de CO2
Données corrigées des variations climatiques (sauf branche énergie)
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 18
Les objectifs de la SBC à horizon 2050
Émissions de CO2 : division par 4 par rapport au niveau de 1990.
Émissions de CO2 directes du secteur résidentiel et tertiaire : réduction de 87 % par
rapport au niveau de 2013.
Émissions de CO2 du secteur électrique : réduction de 97 % par rapport au niveau de 1990,
soit 95 % par rapport au niveau de 2013.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 19
Conséquences pour l’électricité
Émissions de CO2 2013 : 32 Mt.
Cible 2050 : 1,6 Mt.
Soit, en supposant que ces émissions résultent de l’utilisation de centrales à gaz
performantes (0,4 tonnes de CO2 par MWh) une production maximale fossile de 4 TWh.
Ce qui est très peu pour assurer en toute sécurité un équilibre production-consommation
dont les deux termes sont et risquent d’être de plus en plus soumis à de fortes variations
systématiques ou aléatoires au fil du temps.
Nous sommes convaincus que la gestion de la demande d’électricité et des capacités de
stockage de l’électricité fixes ou mobiles présentes chez les consommateurs, peut et doit
jouer un rôle important pour assurer cette régulation dans les meilleures conditions
économiques et environnementales. Nous y reviendrons plus loin.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 20
Conséquences pour le secteur résidentiel et tertiaire
L’objectif d’une réduction d’au moins 87 % des émissions de CO2 en exploitation du secteur
résidentiel et tertiaire, suppose, en ordre de grandeur, un niveau moyen d’émissions en 2050,
toutes générations de bâtiments confondues, de 3 kg de CO2 par m2 et par an.
Il est clair que les bâtiments qui seront mis en service au cours des prochaines décennies devront
être exemplaires au regard de cet objectif. Il est également clair que le respect de cet objectif
suppose un énorme effort de réduction des émissions dues aux bâtiments existants, impossible à
réaliser par les seules économies d’énergie mais nécessitant une substitution massive d’énergies
peu carbonées aux hydrocarbures fossiles utilisés aujourd’hui dans ce secteur.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 21
Certains bâtiments neufs respectent déjà la cible
de 3 kg de CO2/m2 et par an, d’autres non
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 22
10 kgCO2/m2.an
Chaudière
gaz
5 kgCO2/m2.an
Chaudière
gaz + CETPAC DS
Joule +
CET
3 kgCO2/m2.an
SBC 2015
2 kgCO2/m2.an
2,5 kgCO2/m2.an
La SNBC jalonne par des budgets carbone
le cheminement vers la cible 2050 de la LTECV
en matière d’émissions de CO2
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 23
Malgré les apparences, nous ne sommes pas
sur la bonne trajectoire
En données brutes, tout
va à peu près : la SNBC
demande une réduction de
8,5 Mt par an entre 2013 et
2026. Sur la période 2010-
2015, on est à -6 Mt.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 24
En données corrigées
du climat, rien ne va plus.
Par exemple, les progrès
sont plus de trois fois trop
faibles dans le résidentiel et
tertiaire.
2010 2013 2014 2015
Réduction en
5 ans
Moyenne
annuelle
Emissions totales 339 319 287 295 -44 -8,8
dont branche énergie 54 48 34 40 -14 -2,8
Emissions dues aux
consommations finales
285 271 253 255 -30 -6,0
2010 2013 2014 2015
Réduction en
5 ans
Moyenne
annuelle
Transports 124 121 122 122 -2 -0,4
Résidentiel et tertiaire 86 82 81 80 -6 -1,2
Industrie 57 51 50 48 -9 -1,8
Agriculture 11 11 11 11 0 0
Emissions dues aux
consommations finales
278 265 264 261 -17 -3,4
Source : SOeS
Un système réglementaire et incitatif
qui n’a pas été conçu pour donner la priorité
à la réduction des émissions de CO2
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 25
Energie primaire, énergie finale (1)
La plupart des énergies dites primaires ne sont pas utilisables en l’état par le consommateur final.
Par exemple, le pétrole brut doit être raffiné pour donner du fioul domestique, de l’essence,…
D’où des consommations d’énergie qui impliquent que l’énergie finale disponible chez le
consommateur est inférieure à l’énergie primaire théorique contenue dans le pétrole brute. Ceci
amène à définir un coefficient d’équivalence énergie primaire / énergie finale propre à chaque
énergie.
Dans le cas d’une énergie renouvelable (hydraulique, éolien, solaire,…) l’énergie primaire est
fournie par la nature (par exemple, le vent dans le cas de l’éolien) et l’on serait fondé à dire que le
ratio énergie finale / énergie primaire est égal au rendement de l’installation qui transforme
l’énergie fournie par la nature en énergie utilisable par le consommateur (30 % par exemple dans
le cas d’une éolienne moderne). Cependant, cette approche assez logique n’est généralement
pas utilisée et l’on convient d’identifier énergie primaire et énergie finale pour la plupart des ENR,
en particulier électrogènes.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 26
Energie primaire, énergie finale (2)
Le cas du kWh électrique avait naguère été traité de manière conventionnelle mais assez simple.
Le moyen de production de l’électricité standard à l’époque où cette convention a été établie, était
une centrale à charbon dont le rendement était un peu inférieur à 39 %. D’où le coefficient
« historique » de 2,58 censé traduire en énergie primaire le contenu énergétique du kWh
électrique.
L’amélioration du rendement des centrales thermiques, le développement des ENR (hydraulique,
éolien, photovoltaïque) nécessitent de remettre en cause cette méthode. Mais apparaît une
nouvelle difficulté. Que faire de la production nucléaire ?
La convention retenue dans l’établissement des bilans énergétiques en énergie primaire consiste
à retenir un coefficient d’équivalence énergie finale / énergie primaire de 1/3, ce qui est, en fait,
en ordre de grandeur, le rendement du turboalternateur des réacteurs de la filière REP (PWR). Ce
rendement assez faible résulte d’une optimisation technico économique de ce type de réacteurs.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 27
Équivalence en énergie primaire du kWh électrique
pour deux hypothèses de mix électrique
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Situation actuelle Situation 2030, selon LTECV
poids eq ep contribution poids eq ep contribution
Nucléaire 0,75 3,00 2,25 0,50 3,00 1,50
Fossile 0,10 2,20 0,22 0,10 2,00 0,20
ENR 0,15 1,00 0,15 0,40 1,00 0,40
Total 1,00 2,62 1,00 2,10
Ne pas se tromper de critère
Évolution de la consommation d’énergie, France entière, entre, 1990 et 2012 :
En énergie primaire : + 13,6 %
En énergie finale : + 8,7 %
Évolution des émissions de CO2 dues à l’énergie entre 1990 et 2012 : - 8,8 %
En résumé, l’énergie primaire peut être utile pour établir des bilans énergétiques sur la base de
conventions internationales. Elle n’est d’aucune utilité – et devrait même être proscrite – dans la
définition et la mise en œuvre d’une politique dont l’objectif central est la maîtrise des émissions
de CO2.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 29
État des lieux de l’énergie et du CO2
dans le secteur du bâtiment
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 30
Consommation finale d’énergie par secteur,
données 2014
45 % de l’énergie finale consommée en France par le secteur résidentiel et tertiaire
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 31
Émissions de gaz à effet de serre (directes)
de la France en 2013
Le bâtiment représente 25 % des émissions directes de CO2
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 32
Un zoom sur le résidentiel
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 33
Des substitutions importantes entre énergies
dans les usages thermiques
Le poids du fioul régresse essentiellement au bénéfice du gaz (26 à 38%)
et dans une moindre mesure de l’électricité (13 à 20%)
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 34
Le gaz est largement prépondérant pour le chauffage
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 35
Évolution de la consommation énergétique
dans le résidentiel 1999 à 2014
Malgré un nombre croissant de résidences principales depuis 24 ans : +31 %
La consommation totale des « usages thermiques » a baissé de 5%
(chauffage, cuisson, eau chaude)
Alors que la consommation totale des « usages spécifiques » a augmenté de 95%
(éclairage, électroménager, TV, informatique,…)
Nous parlerons des usages thermiques qui représentent 83 % de la consommation
énergétique des logements et autour desquels se pose la question de l’équilibre des
énergies.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 36
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 37
70
80
90
100
110
120
130
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Consommation finale d'énergie du résidentiel (TWh) Nombre de logements Émissions de CO2 du résidentiel (Mt)
Note : données énergie corrigées des variations climatiques.
Champ : France métropolitaine.
Source : SOeS, d'après Ceren ; Insee-SOeS (parc logements) ; Citepa, inventaire format Secten
En indice base 100 en 1999
Évolution de la consommation finale d'énergie dans
le résidentiel et émissions de CO2
En coût annuel (facture + maintenance)
avantage à l’électricité
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 38
Emissions directes de CO2 :
le « tout électrique » solution de référence
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 39
Les effets pervers des réglementations
actuelles et en projet pour les bâtiments
neufs résidentiels et tertiaires
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 40
Quand la réglementation élimine des solutions
économes en énergie finale et en émissions de CO2
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 41
Appartement 60 m2 en zone H2b
Cep max RT2012 = 60.3 kWh par m2 .an
Chauffage Joule, chauffe-eau
thermodynamique
Isolation renforcée (Ubat = 0.55)
Chaudière gaz double service,
bâti réglementaire (Ubat = 0.67)
Investissement (enveloppe et équipements) 14 000 14 500
Facture énergétique et maintenance (€ TTC) 400 600
Coût actualisé sur 15 ans à 4 % (€ TTC) 18 600 21 400
Emissions de CO2 (kg par m2 et par an) 4.2 11.3
Consommation d’énergie finale
(kWh par m2 .an)
26 48
Consommation d’énergie primaire
(kWh par m2 .an)
68 57
Compatibilité RT2012 et BEPOS1 NON OUI
Évolution de la part de marché énergie de chauffage
dans les logements collectifs neufs
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 42
Évolution de la part de marché énergie de chauffage
dans les maisons individuelles neuves
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 43
Les effets pervers de l’usage actuel
du « Diagnostic de performance
énergétique » en matière de rénovation
des bâtiments existants
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 44
Les deux volets du DPE
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 45
Une substitution absurde du gaz à l’électricité
encouragée par des aides calées sur le DPE
Situation initiale :
chauffage électrique
Rénovation lourde +
émetteurs électriques
dernière génération
Rénovation lourde +
chaudière à condensation gaz
individuelle double usage
Ubât (W/(m2.K)) 1,8 0,75 0,75
Consommation d’énergie primaire
chauffage ECS (kWhep/(m2.an))
364 163 102
Etiquette Energie DPE F D C
Investissement (€TTC/logt) - 16 631 25 088
Facture tous usages +
maintenance (€TTC/(logt.an)
1 792 988 1 156
(+ CCE de 100 € en 2020)
Emission CO2 chauffage/ECS
(kgCO2/(m2.an)
20 6 24
Etiquette Climat DPE C B D
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 46
Les pistes d’avenir
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 47
Tirer le meilleur parti des progrès technologiques
TIC : Bâtiments intelligents et communicants.
Matériaux de structure, d’isolation.
Vitrages intelligents et photovoltaïques.
Stockage de l’électricité.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 48
Le bâtiment intelligent
et communicant
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 49
Le concept
Natif dans les bâtiments neufs, intégrable à un coût raisonnable dans l’existant.
Tous les appareils pilotables (en particulier utilisateurs d’énergie), tous les capteurs présents dans une
unité technique que l’on entend contrôler (maison individuelle, appartement, ensemble de bureaux,…)
sont mis en réseau par des moyens techniques appropriés (réseau filaire, hertzien, CPL,…).
Ce réseau, plus ou moins hiérarchisé, assurant des fonctions de contrôle commande, est doté de
fonctions intelligentes plus ou moins évoluées (automatismes, programmation, optimisation,
apprentissage,…).
Il communique avec l’extérieur de l’unité technique par des moyens appropriés. Parmi ses interlocuteurs,
le réseau électrique via le compteur communicant, les moyens permettant de le piloter à distance, le ou
les véhicules, en particulier électriques, attachés à l’unité en cause, les systèmes d’information externes
qui lui sont utiles,….
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 50
Quelques applications dans le domaine
qui nous intéresse ici
La gestion active de l’énergie : économie d’énergie et confort.
L’optimisation de la gestion des stockages (y compris véhicule électrique)
et, éventuellement, de l’autoconsommation.
La minimisation de la facture énergétique.
L’optimisation des relations client-réseau électrique (valorisation des effacements,
des modulations et des consommations mobiles).
L’intégration au sein d’un smart grid ou d’un micro grid.
L’optimisation de la maintenance des équipements.
Etc…
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 51
Quelques problématiques associées
L’élaboration de « signaux tarifaires » pertinents.
La sécurité des systèmes.
La confidentialité des données.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 52
Réduire de 87 % les émissions de CO2
des bâtiments résidentiels et tertiaires
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 53
Décarboner les sources d’énergie du bâtiment
Pour l’électricité : tenir les objectifs de la stratégie bas carbone.
Pour le gaz, injecter dans les réseaux du biogaz mais le coup d’arrêt donné en Allemagne à
la méthanisation laisse perplexe sur les quantités envisageables. On peut aussi penser, en
petite quantité (moins de 10 %) à de l’hydrogène produit sans émission de CO2.
Pour les réseaux de chaleur, beaucoup moins « verts » qu’on le pense généralement,
décarboner le panier de combustibles.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 54
Évolution du « panier » de combustibles des
installations de chauffage urbain (périmètre Kyoto)
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 55
Dans la construction neuve
Les réglementations devraient traduire une optimisation en €, d’un coût complet intégrant
une valorisation normative du CO2. Il faudrait ne pas oublier de tenir compte :
des rendements décroissants de l’isolation
de l’importance d’une optimisation de la gestion des apports solaires
des apports décisifs de « l’intelligence » dans le bâtiment (gestion active de l’énergie, confort, optimisation
de la facture, intégration du bâtiment dans son environnement, ….)
des questions touchant au confort et à la santé de l’utilisateur (qualité de l’air, confort d’hiver et d’été, etc.
et, bien sûr du choix des énergies (aussi faiblement carbonées que possible) et de la performance des
appareils utilisateurs de ces énergies
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 56
Titre
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 57
Source : EDF
Rénovation des bâtiments existants
S’agissant d’amener en 2050 le niveau moyen des émissions de CO2 des bâtiments, toutes
générations confondues, à 3 kg de CO2 / m2.an, la rénovation des bâtiments existants qui seront
encore pour la plupart en exploitation à cet horizon, est le problème le plus massif et dont les
enjeux financiers sont les plus lourds, auxquels est confrontée la stratégie à adopter en matière
de réduction des émissions de CO2 dans le secteur résidentiel et tertiaire.
Tout miser sur les économies d’énergie et sur des « rénovations lourdes » et coûteuses est une
erreur fondamentale.
Pour réduire efficacement les émissions de CO2 au moindre coût, il faut rechercher un mix de
solutions aussi optimal que possible et variable selon les situations combinant : isolation plus ou
moins poussée, gestion active de l’énergie, changement des appareils d’utilisation des énergies,
changements d’énergie.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 58
Une rénovation par substitution plus efficace qu’une
rénovation thermique lourde
Le bâtiment à rénover : une maison individuelle chauffée au gaz (chaudière double service : chauffage
+ eau chaude sanitaire) construite en 2000 et respectant la réglementation thermique de l’époque.
Consommation annuelle de gaz : 14 800 kWh pour le chauffage, 8 000 kWh pour l’eau chaude.
Rénovation thermique lourde. Coût : 30 000 à 35 000 € TTC. En étant optimiste, la consommation de
chauffage est divisée par 3. Les émissions de CO2 sont divisées par un facteur 1,8.
Solution de substitution. Mise à niveau de l’isolation si nécessaire (combles + étanchéité des ouvrants)
et remplacement de la chaudière par une pompe à chaleur double service. Coût : 12 000 € TTC.
Division par 3 ou 4 de l’énergie finale consommée. Division par au moins 5 des émissions de CO2
directes et indirectes.
Pour une dépense bien moindre, la solution par substitution est beaucoup plus efficace qu’une
rénovation thermique lourde.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 59
Une remise à plat de toutes les réglementations
et politiques d’aide en matière d’énergie
dans le bâtiment est indispensable
Dans la construction neuve, les réglementations actuelle (RT2012) et en projet, fondées sur des
critères désormais caducs d’efficacité énergétique exprimés en énergie primaire, promeuvent des
solutions fortement émettrices de CO2 au détriment de solutions plus efficaces en énergie finale
et en émissions.
Le diagnostic de performance énergétique (DPE) met en vedette l’efficacité énergétique exprimée
en énergie primaire au détriment du critère d’émission de CO2.
D’où résultent des décisions inadéquates en matière de rénovation pouvant aller jusqu’à des
prises de décision absurdes (substitution du gaz à l’électricité pour gagner en efficacité primaire).
Si tout cela n’est pas revu complétement et de manière urgente, l’objectif de réduction des
émissions de CO2 dans le secteur résidentiel et tertiaire retenu par la Stratégie nationale bas
carbone, restera lettre morte.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 60
La production d’électricité décentralisée :
du BEPOS au TEPOS
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 61
Produire au plus près de la consommation :
une idée séduisante mais dont la mise en œuvre
ne va pas de soi
Un bâtiment est dit BEPOS, s’il produit en moyenne sur l’année plus d’énergie électrique qu’il n’en
consomme.
Cette condition peut être par exemple réalisée, au moins en zone raisonnablement ensoleillée, en
équipant une maison individuelle d’une surface photovoltaïque suffisante. Mais le dimensionnement
des réseaux et les pertes d’énergie dont ils sont le siège, dépendent des puissances à acheminer aux
différents moments de l’année et non d’un bilan en énergie annuelle.
Le BEPOS n’a donc un intérêt potentiel pour le réseau électrique que s’il s’accompagne d’une gestion
des besoins électriques du bâtiment permettant de consommer effectivement le plus possible d’énergie
sur place.
Même ainsi « optimisée » un BEPOS ou un ensemble de BEPOS non coordonnées peut nécessiter un
surdimensionnement du réseau au lieu des économies attendues a priori.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 62
Le bâtiment à énergie positive n’est pas toujours
bénéfique pour le réseau
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 63
Source : EDF
En hiver, à Trappes, la même surface de PV
qu’à Nice ne couvre qu’une faible partie des besoins
électriques du logement
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 64
Source : EDF
Problématiques territoriales
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 65
Le territoire « intelligent » : un concept ambitieux
Un territoire peut être qualifié d’« intelligent » quand les investissements en capitaux humains,
sociaux, en infrastructures d'énergie (électricité, gaz), de flux (humains, matériels, d'information)
alimentent un développement économique durable ainsi qu’une qualité de vie élevée, avec une
gestion avisée des ressources naturelles, au moyen d'une gouvernance participative et d'une
utilisation efficiente et intégrée des TIC.
Un territoire intelligent serait capable de mettre en œuvre une gestion des infrastructures
(d’eau, d'énergies, d'information et de télécommunications, de transports, de services d’urgence,
d'équipements publics, de bâtiments, de gestion et tri des déchets, etc.) communicantes,
adaptables, durables et plus efficaces, automatisées pour améliorer la qualité de vie des citoyens,
dans le respect de l'environnement.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 66
Plus modestement ici, on évoquera quelques points
concernant la gestion d’un système électrique
au niveau d’un territoire
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 67
Le smart grid rend les réseaux « intelligents »,
mais ne préjuge pas l’organisation de la régulation
et du pilotage du système électrique
Selon la Commission de régulation de l’énergie :
L’intégration des NTIC aux réseaux les rendra communicants et permettra de mieux prendre en
compte les actions des acteurs du système électrique.
Le système électrique sera ainsi piloté de manière plus fluide pour gérer les contraintes telles que
l’intermittence des énergies renouvelables et le développement de nouveaux usages tels que le
véhicule électrique.
Cette définition est neutre quant à l’organisation de la régulation et du pilotage du système
électrique. Elle est, en particulier, parfaitement compatible avec l’organisation actuelle où ces
responsabilités sont essentiellement du ressort de RTE et d’ENEDIS.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 68
Les fonctionnalités des smart grids de demain
incitent de nombreux acteurs à préconiser un
niveau de régulation et de pilotage territorial
Ils considèrent, en effet, qu’une conception optimisée à un niveau très fin de l’organisation
territoriale est nécessaire pour tirer les bénéfices d’une complémentarité bien organisée entre
demandes d’électricité et productions décentralisées.
Ils considèrent également que le pilotage fin de l’équilibre production-consommation au niveau
d’un territoire intelligemment défini et organisé constitue une amélioration décisive pour le
fonctionnement du système électrique.
Dès lors qu’il ne s’agit pas de s’engager dans les outrances d’une tentation d’autarcie électrique
irréaliste et coûteuse, ces idées méritent un examen approfondi suivi d’expérimentations.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 69
Un exemple d’apport positif d’une vision territoriale :
l’implantation et la gestion du photovoltaïque
Le bâtiment à énergie positive, n’est pas forcément bénéfique pour le réseau et le photovoltaïque
en petite surface est cher.
Il serait souvent plus pertinent de jouer sur les complémentarités entre différents types de
bâtiments (logement, bureaux, centres commerciaux,…) rassemblés au sein d’un ilot cohérent
mettant en œuvre du photovoltaïque en grandes toitures (centres commerciaux, ombrières, grand
tertiaire, entrepôts, ateliers,…) et assurant une gestion coordonnée des capacités de modulation,
de stockage (véhicules électriques, batteries fixes), d’effacement et s’il y a lieu d’autres
productions locales.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 70
Entre un îlot bien diversifié équipé de photovoltaïque
et le réseau les échanges d’énergie peuvent être
assez équilibrés
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 71
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
Consommation Production PV
-6,0
-4,0
-2,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
Bilan importateur
Les trois niveaux de régulation
Le niveau national, souvent démultiplié mais de manière extrêmement coordonnée au niveau
régional.
Le niveau semi agrégé (le poste-source dès aujourd’hui, l’écoquartier, l’ilot, concepts en pleine
expérimentation) où l’on s’efforce de jouer sur la complémentarité des consommations et des
productions locales tant au niveau de l’optimisation des investissements en réseau que de
l’optimisation locale de la régulation.
Le niveau local (la maison, le bâtiment résidentiel ou tertiaire, le centre commercial où le moteur
de la décision d’investissement ou d’exploitation est très logiquement la minimisation de la facture
dans un cadre tarifaire donné.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 72
Le véhicule électrique
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 73
La baisse du prix des batteries est engagée
Évolution du prix des batteries Li-ion
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 74
Le bilan CO2 de la mobilité électrique
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 75
Source : EDF
Perspectives d’évolution
À horizon 2020
Accroissement de la densité énergétique (perspective : 200 Wh/kg)
Accroissement du nombre de cycles (perspectives : > 5 000 à 80 %)
Réduction du prix (perspective : 250 €/kwh) — Effet « écrans plats »
et « panneaux photovoltaïques » possible
À plus long terme
Technologie lithium-ion à électrolyte solide (Bosch & Seeo).
Objectif : doublement de la capacité avec réduction du prix (T de fonctionnement : 81°C)
Anodes (électrodes négatives) en graphite recouvert de nanoparticules (type SnO2) —
Nombreux travaux en cours : CNRS, MIT, etc.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 76
La mobilité électrique et hybride est aujourd’hui
le marché porteur pour le Li-ion
Les batteries Li-ion concilient capacité, masse,
encombrement, sécurité, longévité, prix.
État actuel :
Nissan Leaf : 30 kWh – 200 à 250 km (NEDC) –
250 kg
Tesla S : 85 à 90 kWh répartis en 7 104 éléments –
505 à 550 km (NEDC) – 600 kg (150 Wh/kg) –
Garantie 8 ans
Une douzaine de fabricants dans le monde dont :
Saft racheté par Total
Testa-Panasonic : gigafactory du Nevada
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 77
Quelles conséquences pour le système électrique ?
5 millions de véhicules électriques ~ 12 TWh (soit 2,4 % de l’énergie électrique annuelle
consommée en France).
Charge simultanée de 5 millions de véhicules ~ 30 GW (soit ~ 30 % de la puissance maximale
demandée au système électrique).
D’où une question cruciale : comment gérer le rechargement des VE pour ne pas provoquer
d’appels de puissances intempestifs aux plans national et local (réseaux de distribution).
En fait, bien géré, le VE est plus une solution qu’un problème au regard de la régulation du
système électrique.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 78
Vehicle to home (V2H) et vehicle to grid (V2G)
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 79
Pilotage de la recharge, V2H et V2G
Lissage de la puissance appelée par les VE (pilotage).
Participation au réglage primaire de la fréquence.
Utilisation de la capacité de stockage journalier pour faciliter la pénétration des EnR intermittentes
dans le mix électrique : 5 millions de VE avec 50 kWh de batteries ~ 250 GWh permettant de disposer
a minima de 30 GW pendant 2 heures.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 80
Régulation du système électrique :
l’exemple de la variabilité intrajournalière
de la production éolienne
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 81
Production éolienne du lundi 28 janvier
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 82
Ces fluctuations
pourraient être
multipliées par 5
en 2030 !
Production du lundi 18 février
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 83
Ces fluctuations
pourraient être
multipliées par 5
en 2030 !
Que peut apporter la gestion de la demande
des bâtiments ?
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 84
Que peut apporter le véhicule électrique ?
Utilisation de la capacité de stockage journalier pour faciliter la pénétration des EnR intermittentes
dans le mix électrique : 5 millions de VE avec 50 kWh de batteries ~ 250 GWh permettant de disposer
a minima de 30 GW pendant 2 heures.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 85
Annexe :
Considérations générales sur la régulation
du système électrique
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 86
Les problématiques actuelles du système électrique
Faire face à la modulation saisonnière de la demande.
Maîtriser les courbes de charge journalières.
Répondre à la variabilité aléatoire de la demande en fonction des aléas climatiques.
Gérer les échanges d’énergie avec des pays voisins qui ont fortement développé des ENR
électrogènes dites « intermittentes ».
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 87
La gestion de la saisonnalité de la demande
Pour faire face aux modulations saisonnières de la demande, on utilise conjointement
trois moyens :
Les arrêts pour maintenance-rechargement du nucléaire sont placés systématiquement en été
et en demi-saison : le facteur de charge du nucléaire est ainsi de 92% en hiver contre 64 % en été.
On utilise, plus ou moins massivement, l’eau stocké dans les grands réservoirs saisonniers
hydroélectriques pour concentrer le productible hydraulique sur les périodes où la demande
est la plus forte.
On mobilise, en tant que de besoin le thermique classique brûlant du charbon, du fioul ou du gaz.
On peut recourir à des importations si le prix du marché est inférieur au coût de production en France.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 88
Productions mensuelles d’électricité en 2013
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 89
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre
Nucléaire Thermique à flamme Hydraulique EnR
Gérer la modulation journalière
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 90
Une sensibilité croissante de la demande hivernale à
la température
En 1994, lorsque la température était inférieure de 1°C à la normale, la puissance appelée
augmentait de 1 100 MW. On pouvait donc avoir à faire face avec une probabilité raisonnable à
un accroissement de puissance de l’ordre de 5 000 MW par rapport à la consommation à
conditions climatiques normales. On disposait à l’époque d’une capacité « d’effacement » de la
demande de 6 000 MW.
Aujourd’hui, la sensibilité de la puissance appelée à la température est de 2 400 MW/°C. On peut
donc avoir à faire face, avec le même risque que naguère à des variations aléatoires de l’ordre de
plus ou moins 11 000 MW en fonction des conditions climatiques et, pourtant, malgré des efforts
récents, les capacités d’effacement restent bien inférieures à ce qu’elles étaient en 1994.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 91
Consommations d’électricité du secteur résidentiel
et tertiaire par usage (TWh)
L’accroissement des consommations
des « chauffages électriques
intégrés » dans le R&T (+32 % entre
1990 et 2010) ne permet pas
d’expliquer ce plus que doublement
de la sensibilité des consommations
d’hiver à la température.
Le chauffage d’appoint est le
suspect n°1.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 92
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
1985 1990 1995 2000 2005 2010
Chauffage Eau chaude sanitaire et cuisson Electricité spécifique
Données corrigées des aléas climatiques source : CEREN
Une problématique qui prend de l’ampleur :
la très forte variabilité des échanges avec les pays
qui ont développés massivement des ENR
électrogènes intermittentes
Dans une vision à moyen-long terme, ce type d’échanges est indispensable pour assurer le
« foisonnement des aléas climatiques » au niveau européen.
Mais à ce jour, certains pays sont allés beaucoup plus vite que la France dans le développement
des EnR intermittentes et n’ont pas pris les dispositions pour maîtriser la variabilité de leur
équilibre production-consommation de l’électricité.
Les capacités d’interconnexion sont trop faibles pour permettre tous les échanges souhaitables :
l’interconnexion France-Allemagne est saturée plus du tiers du temps, ce qui ne lui permet pas de
jouer pleinement son rôle de secours mutuel entre les réseaux français et allemand.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 93
Quand l’Allemagne exporte ses problèmes
de régulation
Évolution comparée du solde des échanges sur la frontière franco-allemande
et de la production éolienne et photovoltaïque
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 94
Tout se passe
comme si 1/3 du
photovoltaïque
allemand était
implanté en France
Comment le système électrique français
sera-t-il exploité en 2030 ?
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 95
Vers une diversification du mix électrique
Pour en illustrer les conséquences, on considéré ici le scénario dit « nouveau mix » élaboré, parmi
d’autres scénarios, par RTE.
La puissance installée nucléaire est réduite à 40 000 MW, contre 63 100 MW aujourd’hui.
Pour maintenir les émissions de CO2 à leur niveau actuel :
On renforce sensiblement les capacités de production hydrauliques (STEP, énergies marines).
On multiplie par plus de 4 la puissance installée en thermique EnR.
On multiplie par un peu moins de 5 la puissance installée en éoliennes (40 000 MW contre 8 143 MW
en 2013).
On multiplie par 7 la puissance installée photovoltaïque (30 000 MW contre 4 300 MW aujourd’hui).
On table sur le foisonnement des aléas au plan européen dont la France peut bénéficier sous réserve
d’un renforcement de ses interconnexions internationales.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 96
Caractéristiques de l’éolien
Une saisonnalité plutôt satisfaisante : il y a, en moyenne, plus de vent en hiver qu’en été.
Mais de très importantes variations, souvent à front raide, au sein même de la journée qui
pourraient être en 2030 du même ordre de grandeur que l’aléa climatique sur la demande.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 97
Production éolienne du lundi 28 janvier
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 98
Ces fluctuations
pourraient être
multipliées par 5
en 2030 !
Production du lundi 18 février
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 99
Ces fluctuations
pourraient être
multipliées par 5
en 2030 !
Caractéristiques du photovoltaïque
Contre modulé par rapport à la modulation saisonnière de la demande.
Concentré sur le milieu de journée.
Des variations aléatoires à front raide.
Il peut cependant exister des corrélations entre aléas intéressantes au plan local
(besoins de froid dans le tertiaire, climatisation, ensoleillement).
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 100
Saisonnalités comparées de la demande d’électricité
et de la production photovoltaïque
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 101
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
Consommation Production PV
Une problématique renouvelée
Comment gérer au mieux les conséquences sur :
Les investissements, les coûts de production, les risques de défaillance et les émissions de CO2
résultant de la mise en œuvre massive de ces EnR électrogènes intermittentes dont la production
n’est pas nécessairement synchrone avec les besoins des consommateurs et qui présente une
importante variabilité aléatoire.
Les investissements, l’exploitation et la fiabilité des réseaux, ces équipements étant par définition
largement répartis sur le territoire.
La réponse est, évidemment d’une part la recherche d’une répartition géographique
cohérente des capacités de production avec les besoins territoriaux d’énergie
électrique, la recherche d’une concordance temporelle entre besoins d’énergie
électrique et production, d’autre part.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 102
Les possibilités d’action sur la demande
Le système électrique tant au plan de l’équilibre production consommation qu’à
celui de la gestion plus ou moins locale des réseaux, n’est plus gérable
techniquement, économiquement, au regard des émissions de CO2, sans une
contribution importante de la demande d’énergie électrique à sa régulation.
Consommations mobiles (eau chaude sanitaire).
Consommations modulables (chauffages, process industriels).
Consommations interruptibles (dispositifs biénergie).
Stockage de l’énergie électrique dans le bâtiment et dans les véhicules.
La mise en œuvre de ces souplesses suppose le développement d’options tarifaires
bien adaptées, qui devraient en particulier concerner le tarif d’acheminement.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 103
Tout ce qui vient d’être dit suppose-t-il des
bâtiments neufs « tout électriques » ?
Pour les logements, oui car sinon, il n’y a plus grand-chose à réguler. Ce sera d’ailleurs
« le bon choix » sous réserve que l’électricité reste décarbonée et compétitive. La
réglementation devra d’ailleurs prévoir l’obligation dans ce cas d’un réseau domiciliaire et
d’une interface smart grid répondant à des spécifications fonctionnelles précises.
Pour d’autres types de bâtiments pas nécessairement : un supermarché pourra par
exemple pour certains usages (chauffage) être alimenté par un réseau de chaleur local
EnR et pour d’autres (besoins de froid, informatique, éclairage, ventilation,…) participer à
la régulation électrique de l’ilot.
20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 104
Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique

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Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique

  • 1. Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique Jean Bergougnoux - 20 novembre 2017 1
  • 2. Changement climatique et maîtrise des émissions de gaz à effet de serre au plan mondial 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 2
  • 3. Évolution de la température atmosphérique à la surface du globe Évolution des températures globales moyennes de 1850 à 2014 par rapport à la période de référence 1961-1990 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 3
  • 4. Évolution de la température atmosphérique à la surface du globe Évolution des températures globales moyennes de 1900 à 2014 par rapport à la période de référence 1961-1990 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 4
  • 5. Élévation du niveau des mers Évolution du niveau des mers du globe par rapport à la période de référence 1900-1905 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 5
  • 6. COP21 : l’Accord de Paris Adopté à l’unanimité par les 195 parties à la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques. Maintien de l’augmentation de la température au dessous de 2°C (idéalement 1,5 °C). « plafonnement mondial des émissions » atteint « dans les meilleurs délais ». Responsabilité partagée mais différentiée. 100 milliards de $ par an à partir de 2020 de dons et prêts pour les pays les plus en difficulté (« adaptation » et lutte contre les émissions). Mécanisme de suivi des engagements tous les cinq ans dès 2025. Utilité d’un encadrement du prix du carbone. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 6
  • 7. Le rôle majeur des émissions de CO2 : État des lieux et prospective 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 7
  • 8. Répartition des émissions mondiales de GES par gaz en 2010 Selon le potentiel de réchauffement global à 20 ans 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 8 Selon le potentiel de réchauffement global à 100 ans Les émissions des six gaz à effet de serre couverts par le protocole de Kyoto ont augmenté de 80% depuis 1970 et de 45% depuis 1990 pour atteindre 54 Gt CO2éq.en 2013.
  • 9. CO2 Moyenne mensuelle de la concentration de CO2 à Mauna Loa 1958-2015 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 9
  • 10. Contribution des différents gaz à effet de serre aux émissions totales hors UTCATF en 1990 et 2014 pour la France (périmètre Kyoto) 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 10 Gaz à Effet de Serre -GES
  • 11. Les scénarios du GIEC en 2013 Projection des émissions liées aux énergies fossiles suivant les quatre profils d’évolution de GES (RcP) du Giec 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 11
  • 12. La France est un pays relativement peu émetteur de CO2 Émissions de CO2 en 2013 rapportées au PIB (tonnes de CO2/M$ 2005 PPA) 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 12 0 100 200 300 400 500 600 700 800
  • 13. Briser le lien entre croissance économique et émissions de CO2 ? Émissions de CO2 dues à l’énergie par rapport au PIB dans le monde 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 13 Chine États-Unis Monde UE à 28 Afrique France
  • 14. Divers facteurs expliquent la relative faiblesse des émissions de CO2 de la France et leur évolution Situation géographique et climatologie. Poids des différents secteurs économiques. Politiques d’économie d’énergie. Recours important à une énergie électrique décarbonée. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 14
  • 15. Décarbonation de l’électricité : la France exemplaire Contenu CO2 de l’électricité par pays pour 2011 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 15
  • 16. La loi de transition énergétique (LTECV) et la stratégie (nationale) bas carbone 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 16
  • 17. Deux objectifs centraux de la loi de transition énergétique du 17 août 2015, à l’horizon 2050 Diviser par 4 les émissions de gaz à effet de serre par rapport à leur niveau de 1990. Diviser par 2 les consommations d’énergie finale* par rapport à leur niveau de 2012. Dans le cas du CO2, une division par 4 ne pourra être obtenue que par une substitution massive d’énergies peu carbonées aux hydrocarbures fossiles. * Dans le cas des combustibles fossiles on prend en compte l’énergie primaire. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 17
  • 18. Des progrès significatifs mais très inégalement répartis en matière de maîtrise des émissions de CO2 Données corrigées des variations climatiques (sauf branche énergie) 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 18
  • 19. Les objectifs de la SBC à horizon 2050 Émissions de CO2 : division par 4 par rapport au niveau de 1990. Émissions de CO2 directes du secteur résidentiel et tertiaire : réduction de 87 % par rapport au niveau de 2013. Émissions de CO2 du secteur électrique : réduction de 97 % par rapport au niveau de 1990, soit 95 % par rapport au niveau de 2013. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 19
  • 20. Conséquences pour l’électricité Émissions de CO2 2013 : 32 Mt. Cible 2050 : 1,6 Mt. Soit, en supposant que ces émissions résultent de l’utilisation de centrales à gaz performantes (0,4 tonnes de CO2 par MWh) une production maximale fossile de 4 TWh. Ce qui est très peu pour assurer en toute sécurité un équilibre production-consommation dont les deux termes sont et risquent d’être de plus en plus soumis à de fortes variations systématiques ou aléatoires au fil du temps. Nous sommes convaincus que la gestion de la demande d’électricité et des capacités de stockage de l’électricité fixes ou mobiles présentes chez les consommateurs, peut et doit jouer un rôle important pour assurer cette régulation dans les meilleures conditions économiques et environnementales. Nous y reviendrons plus loin. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 20
  • 21. Conséquences pour le secteur résidentiel et tertiaire L’objectif d’une réduction d’au moins 87 % des émissions de CO2 en exploitation du secteur résidentiel et tertiaire, suppose, en ordre de grandeur, un niveau moyen d’émissions en 2050, toutes générations de bâtiments confondues, de 3 kg de CO2 par m2 et par an. Il est clair que les bâtiments qui seront mis en service au cours des prochaines décennies devront être exemplaires au regard de cet objectif. Il est également clair que le respect de cet objectif suppose un énorme effort de réduction des émissions dues aux bâtiments existants, impossible à réaliser par les seules économies d’énergie mais nécessitant une substitution massive d’énergies peu carbonées aux hydrocarbures fossiles utilisés aujourd’hui dans ce secteur. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 21
  • 22. Certains bâtiments neufs respectent déjà la cible de 3 kg de CO2/m2 et par an, d’autres non 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 22 10 kgCO2/m2.an Chaudière gaz 5 kgCO2/m2.an Chaudière gaz + CETPAC DS Joule + CET 3 kgCO2/m2.an SBC 2015 2 kgCO2/m2.an 2,5 kgCO2/m2.an
  • 23. La SNBC jalonne par des budgets carbone le cheminement vers la cible 2050 de la LTECV en matière d’émissions de CO2 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 23
  • 24. Malgré les apparences, nous ne sommes pas sur la bonne trajectoire En données brutes, tout va à peu près : la SNBC demande une réduction de 8,5 Mt par an entre 2013 et 2026. Sur la période 2010- 2015, on est à -6 Mt. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 24 En données corrigées du climat, rien ne va plus. Par exemple, les progrès sont plus de trois fois trop faibles dans le résidentiel et tertiaire. 2010 2013 2014 2015 Réduction en 5 ans Moyenne annuelle Emissions totales 339 319 287 295 -44 -8,8 dont branche énergie 54 48 34 40 -14 -2,8 Emissions dues aux consommations finales 285 271 253 255 -30 -6,0 2010 2013 2014 2015 Réduction en 5 ans Moyenne annuelle Transports 124 121 122 122 -2 -0,4 Résidentiel et tertiaire 86 82 81 80 -6 -1,2 Industrie 57 51 50 48 -9 -1,8 Agriculture 11 11 11 11 0 0 Emissions dues aux consommations finales 278 265 264 261 -17 -3,4 Source : SOeS
  • 25. Un système réglementaire et incitatif qui n’a pas été conçu pour donner la priorité à la réduction des émissions de CO2 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 25
  • 26. Energie primaire, énergie finale (1) La plupart des énergies dites primaires ne sont pas utilisables en l’état par le consommateur final. Par exemple, le pétrole brut doit être raffiné pour donner du fioul domestique, de l’essence,… D’où des consommations d’énergie qui impliquent que l’énergie finale disponible chez le consommateur est inférieure à l’énergie primaire théorique contenue dans le pétrole brute. Ceci amène à définir un coefficient d’équivalence énergie primaire / énergie finale propre à chaque énergie. Dans le cas d’une énergie renouvelable (hydraulique, éolien, solaire,…) l’énergie primaire est fournie par la nature (par exemple, le vent dans le cas de l’éolien) et l’on serait fondé à dire que le ratio énergie finale / énergie primaire est égal au rendement de l’installation qui transforme l’énergie fournie par la nature en énergie utilisable par le consommateur (30 % par exemple dans le cas d’une éolienne moderne). Cependant, cette approche assez logique n’est généralement pas utilisée et l’on convient d’identifier énergie primaire et énergie finale pour la plupart des ENR, en particulier électrogènes. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 26
  • 27. Energie primaire, énergie finale (2) Le cas du kWh électrique avait naguère été traité de manière conventionnelle mais assez simple. Le moyen de production de l’électricité standard à l’époque où cette convention a été établie, était une centrale à charbon dont le rendement était un peu inférieur à 39 %. D’où le coefficient « historique » de 2,58 censé traduire en énergie primaire le contenu énergétique du kWh électrique. L’amélioration du rendement des centrales thermiques, le développement des ENR (hydraulique, éolien, photovoltaïque) nécessitent de remettre en cause cette méthode. Mais apparaît une nouvelle difficulté. Que faire de la production nucléaire ? La convention retenue dans l’établissement des bilans énergétiques en énergie primaire consiste à retenir un coefficient d’équivalence énergie finale / énergie primaire de 1/3, ce qui est, en fait, en ordre de grandeur, le rendement du turboalternateur des réacteurs de la filière REP (PWR). Ce rendement assez faible résulte d’une optimisation technico économique de ce type de réacteurs. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 27
  • 28. Équivalence en énergie primaire du kWh électrique pour deux hypothèses de mix électrique 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 28 Situation actuelle Situation 2030, selon LTECV poids eq ep contribution poids eq ep contribution Nucléaire 0,75 3,00 2,25 0,50 3,00 1,50 Fossile 0,10 2,20 0,22 0,10 2,00 0,20 ENR 0,15 1,00 0,15 0,40 1,00 0,40 Total 1,00 2,62 1,00 2,10
  • 29. Ne pas se tromper de critère Évolution de la consommation d’énergie, France entière, entre, 1990 et 2012 : En énergie primaire : + 13,6 % En énergie finale : + 8,7 % Évolution des émissions de CO2 dues à l’énergie entre 1990 et 2012 : - 8,8 % En résumé, l’énergie primaire peut être utile pour établir des bilans énergétiques sur la base de conventions internationales. Elle n’est d’aucune utilité – et devrait même être proscrite – dans la définition et la mise en œuvre d’une politique dont l’objectif central est la maîtrise des émissions de CO2. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 29
  • 30. État des lieux de l’énergie et du CO2 dans le secteur du bâtiment 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 30
  • 31. Consommation finale d’énergie par secteur, données 2014 45 % de l’énergie finale consommée en France par le secteur résidentiel et tertiaire 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 31
  • 32. Émissions de gaz à effet de serre (directes) de la France en 2013 Le bâtiment représente 25 % des émissions directes de CO2 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 32
  • 33. Un zoom sur le résidentiel 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 33
  • 34. Des substitutions importantes entre énergies dans les usages thermiques Le poids du fioul régresse essentiellement au bénéfice du gaz (26 à 38%) et dans une moindre mesure de l’électricité (13 à 20%) 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 34
  • 35. Le gaz est largement prépondérant pour le chauffage 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 35
  • 36. Évolution de la consommation énergétique dans le résidentiel 1999 à 2014 Malgré un nombre croissant de résidences principales depuis 24 ans : +31 % La consommation totale des « usages thermiques » a baissé de 5% (chauffage, cuisson, eau chaude) Alors que la consommation totale des « usages spécifiques » a augmenté de 95% (éclairage, électroménager, TV, informatique,…) Nous parlerons des usages thermiques qui représentent 83 % de la consommation énergétique des logements et autour desquels se pose la question de l’équilibre des énergies. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 36
  • 37. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 37 70 80 90 100 110 120 130 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Consommation finale d'énergie du résidentiel (TWh) Nombre de logements Émissions de CO2 du résidentiel (Mt) Note : données énergie corrigées des variations climatiques. Champ : France métropolitaine. Source : SOeS, d'après Ceren ; Insee-SOeS (parc logements) ; Citepa, inventaire format Secten En indice base 100 en 1999 Évolution de la consommation finale d'énergie dans le résidentiel et émissions de CO2
  • 38. En coût annuel (facture + maintenance) avantage à l’électricité 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 38
  • 39. Emissions directes de CO2 : le « tout électrique » solution de référence 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 39
  • 40. Les effets pervers des réglementations actuelles et en projet pour les bâtiments neufs résidentiels et tertiaires 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 40
  • 41. Quand la réglementation élimine des solutions économes en énergie finale et en émissions de CO2 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 41 Appartement 60 m2 en zone H2b Cep max RT2012 = 60.3 kWh par m2 .an Chauffage Joule, chauffe-eau thermodynamique Isolation renforcée (Ubat = 0.55) Chaudière gaz double service, bâti réglementaire (Ubat = 0.67) Investissement (enveloppe et équipements) 14 000 14 500 Facture énergétique et maintenance (€ TTC) 400 600 Coût actualisé sur 15 ans à 4 % (€ TTC) 18 600 21 400 Emissions de CO2 (kg par m2 et par an) 4.2 11.3 Consommation d’énergie finale (kWh par m2 .an) 26 48 Consommation d’énergie primaire (kWh par m2 .an) 68 57 Compatibilité RT2012 et BEPOS1 NON OUI
  • 42. Évolution de la part de marché énergie de chauffage dans les logements collectifs neufs 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 42
  • 43. Évolution de la part de marché énergie de chauffage dans les maisons individuelles neuves 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 43
  • 44. Les effets pervers de l’usage actuel du « Diagnostic de performance énergétique » en matière de rénovation des bâtiments existants 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 44
  • 45. Les deux volets du DPE 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 45
  • 46. Une substitution absurde du gaz à l’électricité encouragée par des aides calées sur le DPE Situation initiale : chauffage électrique Rénovation lourde + émetteurs électriques dernière génération Rénovation lourde + chaudière à condensation gaz individuelle double usage Ubât (W/(m2.K)) 1,8 0,75 0,75 Consommation d’énergie primaire chauffage ECS (kWhep/(m2.an)) 364 163 102 Etiquette Energie DPE F D C Investissement (€TTC/logt) - 16 631 25 088 Facture tous usages + maintenance (€TTC/(logt.an) 1 792 988 1 156 (+ CCE de 100 € en 2020) Emission CO2 chauffage/ECS (kgCO2/(m2.an) 20 6 24 Etiquette Climat DPE C B D 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 46
  • 47. Les pistes d’avenir 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 47
  • 48. Tirer le meilleur parti des progrès technologiques TIC : Bâtiments intelligents et communicants. Matériaux de structure, d’isolation. Vitrages intelligents et photovoltaïques. Stockage de l’électricité. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 48
  • 49. Le bâtiment intelligent et communicant 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 49
  • 50. Le concept Natif dans les bâtiments neufs, intégrable à un coût raisonnable dans l’existant. Tous les appareils pilotables (en particulier utilisateurs d’énergie), tous les capteurs présents dans une unité technique que l’on entend contrôler (maison individuelle, appartement, ensemble de bureaux,…) sont mis en réseau par des moyens techniques appropriés (réseau filaire, hertzien, CPL,…). Ce réseau, plus ou moins hiérarchisé, assurant des fonctions de contrôle commande, est doté de fonctions intelligentes plus ou moins évoluées (automatismes, programmation, optimisation, apprentissage,…). Il communique avec l’extérieur de l’unité technique par des moyens appropriés. Parmi ses interlocuteurs, le réseau électrique via le compteur communicant, les moyens permettant de le piloter à distance, le ou les véhicules, en particulier électriques, attachés à l’unité en cause, les systèmes d’information externes qui lui sont utiles,…. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 50
  • 51. Quelques applications dans le domaine qui nous intéresse ici La gestion active de l’énergie : économie d’énergie et confort. L’optimisation de la gestion des stockages (y compris véhicule électrique) et, éventuellement, de l’autoconsommation. La minimisation de la facture énergétique. L’optimisation des relations client-réseau électrique (valorisation des effacements, des modulations et des consommations mobiles). L’intégration au sein d’un smart grid ou d’un micro grid. L’optimisation de la maintenance des équipements. Etc… 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 51
  • 52. Quelques problématiques associées L’élaboration de « signaux tarifaires » pertinents. La sécurité des systèmes. La confidentialité des données. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 52
  • 53. Réduire de 87 % les émissions de CO2 des bâtiments résidentiels et tertiaires 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 53
  • 54. Décarboner les sources d’énergie du bâtiment Pour l’électricité : tenir les objectifs de la stratégie bas carbone. Pour le gaz, injecter dans les réseaux du biogaz mais le coup d’arrêt donné en Allemagne à la méthanisation laisse perplexe sur les quantités envisageables. On peut aussi penser, en petite quantité (moins de 10 %) à de l’hydrogène produit sans émission de CO2. Pour les réseaux de chaleur, beaucoup moins « verts » qu’on le pense généralement, décarboner le panier de combustibles. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 54
  • 55. Évolution du « panier » de combustibles des installations de chauffage urbain (périmètre Kyoto) 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 55
  • 56. Dans la construction neuve Les réglementations devraient traduire une optimisation en €, d’un coût complet intégrant une valorisation normative du CO2. Il faudrait ne pas oublier de tenir compte : des rendements décroissants de l’isolation de l’importance d’une optimisation de la gestion des apports solaires des apports décisifs de « l’intelligence » dans le bâtiment (gestion active de l’énergie, confort, optimisation de la facture, intégration du bâtiment dans son environnement, ….) des questions touchant au confort et à la santé de l’utilisateur (qualité de l’air, confort d’hiver et d’été, etc. et, bien sûr du choix des énergies (aussi faiblement carbonées que possible) et de la performance des appareils utilisateurs de ces énergies 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 56
  • 57. Titre 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 57 Source : EDF
  • 58. Rénovation des bâtiments existants S’agissant d’amener en 2050 le niveau moyen des émissions de CO2 des bâtiments, toutes générations confondues, à 3 kg de CO2 / m2.an, la rénovation des bâtiments existants qui seront encore pour la plupart en exploitation à cet horizon, est le problème le plus massif et dont les enjeux financiers sont les plus lourds, auxquels est confrontée la stratégie à adopter en matière de réduction des émissions de CO2 dans le secteur résidentiel et tertiaire. Tout miser sur les économies d’énergie et sur des « rénovations lourdes » et coûteuses est une erreur fondamentale. Pour réduire efficacement les émissions de CO2 au moindre coût, il faut rechercher un mix de solutions aussi optimal que possible et variable selon les situations combinant : isolation plus ou moins poussée, gestion active de l’énergie, changement des appareils d’utilisation des énergies, changements d’énergie. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 58
  • 59. Une rénovation par substitution plus efficace qu’une rénovation thermique lourde Le bâtiment à rénover : une maison individuelle chauffée au gaz (chaudière double service : chauffage + eau chaude sanitaire) construite en 2000 et respectant la réglementation thermique de l’époque. Consommation annuelle de gaz : 14 800 kWh pour le chauffage, 8 000 kWh pour l’eau chaude. Rénovation thermique lourde. Coût : 30 000 à 35 000 € TTC. En étant optimiste, la consommation de chauffage est divisée par 3. Les émissions de CO2 sont divisées par un facteur 1,8. Solution de substitution. Mise à niveau de l’isolation si nécessaire (combles + étanchéité des ouvrants) et remplacement de la chaudière par une pompe à chaleur double service. Coût : 12 000 € TTC. Division par 3 ou 4 de l’énergie finale consommée. Division par au moins 5 des émissions de CO2 directes et indirectes. Pour une dépense bien moindre, la solution par substitution est beaucoup plus efficace qu’une rénovation thermique lourde. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 59
  • 60. Une remise à plat de toutes les réglementations et politiques d’aide en matière d’énergie dans le bâtiment est indispensable Dans la construction neuve, les réglementations actuelle (RT2012) et en projet, fondées sur des critères désormais caducs d’efficacité énergétique exprimés en énergie primaire, promeuvent des solutions fortement émettrices de CO2 au détriment de solutions plus efficaces en énergie finale et en émissions. Le diagnostic de performance énergétique (DPE) met en vedette l’efficacité énergétique exprimée en énergie primaire au détriment du critère d’émission de CO2. D’où résultent des décisions inadéquates en matière de rénovation pouvant aller jusqu’à des prises de décision absurdes (substitution du gaz à l’électricité pour gagner en efficacité primaire). Si tout cela n’est pas revu complétement et de manière urgente, l’objectif de réduction des émissions de CO2 dans le secteur résidentiel et tertiaire retenu par la Stratégie nationale bas carbone, restera lettre morte. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 60
  • 61. La production d’électricité décentralisée : du BEPOS au TEPOS 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 61
  • 62. Produire au plus près de la consommation : une idée séduisante mais dont la mise en œuvre ne va pas de soi Un bâtiment est dit BEPOS, s’il produit en moyenne sur l’année plus d’énergie électrique qu’il n’en consomme. Cette condition peut être par exemple réalisée, au moins en zone raisonnablement ensoleillée, en équipant une maison individuelle d’une surface photovoltaïque suffisante. Mais le dimensionnement des réseaux et les pertes d’énergie dont ils sont le siège, dépendent des puissances à acheminer aux différents moments de l’année et non d’un bilan en énergie annuelle. Le BEPOS n’a donc un intérêt potentiel pour le réseau électrique que s’il s’accompagne d’une gestion des besoins électriques du bâtiment permettant de consommer effectivement le plus possible d’énergie sur place. Même ainsi « optimisée » un BEPOS ou un ensemble de BEPOS non coordonnées peut nécessiter un surdimensionnement du réseau au lieu des économies attendues a priori. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 62
  • 63. Le bâtiment à énergie positive n’est pas toujours bénéfique pour le réseau 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 63 Source : EDF
  • 64. En hiver, à Trappes, la même surface de PV qu’à Nice ne couvre qu’une faible partie des besoins électriques du logement 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 64 Source : EDF
  • 65. Problématiques territoriales 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 65
  • 66. Le territoire « intelligent » : un concept ambitieux Un territoire peut être qualifié d’« intelligent » quand les investissements en capitaux humains, sociaux, en infrastructures d'énergie (électricité, gaz), de flux (humains, matériels, d'information) alimentent un développement économique durable ainsi qu’une qualité de vie élevée, avec une gestion avisée des ressources naturelles, au moyen d'une gouvernance participative et d'une utilisation efficiente et intégrée des TIC. Un territoire intelligent serait capable de mettre en œuvre une gestion des infrastructures (d’eau, d'énergies, d'information et de télécommunications, de transports, de services d’urgence, d'équipements publics, de bâtiments, de gestion et tri des déchets, etc.) communicantes, adaptables, durables et plus efficaces, automatisées pour améliorer la qualité de vie des citoyens, dans le respect de l'environnement. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 66
  • 67. Plus modestement ici, on évoquera quelques points concernant la gestion d’un système électrique au niveau d’un territoire 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 67
  • 68. Le smart grid rend les réseaux « intelligents », mais ne préjuge pas l’organisation de la régulation et du pilotage du système électrique Selon la Commission de régulation de l’énergie : L’intégration des NTIC aux réseaux les rendra communicants et permettra de mieux prendre en compte les actions des acteurs du système électrique. Le système électrique sera ainsi piloté de manière plus fluide pour gérer les contraintes telles que l’intermittence des énergies renouvelables et le développement de nouveaux usages tels que le véhicule électrique. Cette définition est neutre quant à l’organisation de la régulation et du pilotage du système électrique. Elle est, en particulier, parfaitement compatible avec l’organisation actuelle où ces responsabilités sont essentiellement du ressort de RTE et d’ENEDIS. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 68
  • 69. Les fonctionnalités des smart grids de demain incitent de nombreux acteurs à préconiser un niveau de régulation et de pilotage territorial Ils considèrent, en effet, qu’une conception optimisée à un niveau très fin de l’organisation territoriale est nécessaire pour tirer les bénéfices d’une complémentarité bien organisée entre demandes d’électricité et productions décentralisées. Ils considèrent également que le pilotage fin de l’équilibre production-consommation au niveau d’un territoire intelligemment défini et organisé constitue une amélioration décisive pour le fonctionnement du système électrique. Dès lors qu’il ne s’agit pas de s’engager dans les outrances d’une tentation d’autarcie électrique irréaliste et coûteuse, ces idées méritent un examen approfondi suivi d’expérimentations. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 69
  • 70. Un exemple d’apport positif d’une vision territoriale : l’implantation et la gestion du photovoltaïque Le bâtiment à énergie positive, n’est pas forcément bénéfique pour le réseau et le photovoltaïque en petite surface est cher. Il serait souvent plus pertinent de jouer sur les complémentarités entre différents types de bâtiments (logement, bureaux, centres commerciaux,…) rassemblés au sein d’un ilot cohérent mettant en œuvre du photovoltaïque en grandes toitures (centres commerciaux, ombrières, grand tertiaire, entrepôts, ateliers,…) et assurant une gestion coordonnée des capacités de modulation, de stockage (véhicules électriques, batteries fixes), d’effacement et s’il y a lieu d’autres productions locales. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 70
  • 71. Entre un îlot bien diversifié équipé de photovoltaïque et le réseau les échanges d’énergie peuvent être assez équilibrés 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 71 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 Consommation Production PV -6,0 -4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 Bilan importateur
  • 72. Les trois niveaux de régulation Le niveau national, souvent démultiplié mais de manière extrêmement coordonnée au niveau régional. Le niveau semi agrégé (le poste-source dès aujourd’hui, l’écoquartier, l’ilot, concepts en pleine expérimentation) où l’on s’efforce de jouer sur la complémentarité des consommations et des productions locales tant au niveau de l’optimisation des investissements en réseau que de l’optimisation locale de la régulation. Le niveau local (la maison, le bâtiment résidentiel ou tertiaire, le centre commercial où le moteur de la décision d’investissement ou d’exploitation est très logiquement la minimisation de la facture dans un cadre tarifaire donné. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 72
  • 73. Le véhicule électrique 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 73
  • 74. La baisse du prix des batteries est engagée Évolution du prix des batteries Li-ion 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 74
  • 75. Le bilan CO2 de la mobilité électrique 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 75 Source : EDF
  • 76. Perspectives d’évolution À horizon 2020 Accroissement de la densité énergétique (perspective : 200 Wh/kg) Accroissement du nombre de cycles (perspectives : > 5 000 à 80 %) Réduction du prix (perspective : 250 €/kwh) — Effet « écrans plats » et « panneaux photovoltaïques » possible À plus long terme Technologie lithium-ion à électrolyte solide (Bosch & Seeo). Objectif : doublement de la capacité avec réduction du prix (T de fonctionnement : 81°C) Anodes (électrodes négatives) en graphite recouvert de nanoparticules (type SnO2) — Nombreux travaux en cours : CNRS, MIT, etc. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 76
  • 77. La mobilité électrique et hybride est aujourd’hui le marché porteur pour le Li-ion Les batteries Li-ion concilient capacité, masse, encombrement, sécurité, longévité, prix. État actuel : Nissan Leaf : 30 kWh – 200 à 250 km (NEDC) – 250 kg Tesla S : 85 à 90 kWh répartis en 7 104 éléments – 505 à 550 km (NEDC) – 600 kg (150 Wh/kg) – Garantie 8 ans Une douzaine de fabricants dans le monde dont : Saft racheté par Total Testa-Panasonic : gigafactory du Nevada 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 77
  • 78. Quelles conséquences pour le système électrique ? 5 millions de véhicules électriques ~ 12 TWh (soit 2,4 % de l’énergie électrique annuelle consommée en France). Charge simultanée de 5 millions de véhicules ~ 30 GW (soit ~ 30 % de la puissance maximale demandée au système électrique). D’où une question cruciale : comment gérer le rechargement des VE pour ne pas provoquer d’appels de puissances intempestifs aux plans national et local (réseaux de distribution). En fait, bien géré, le VE est plus une solution qu’un problème au regard de la régulation du système électrique. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 78
  • 79. Vehicle to home (V2H) et vehicle to grid (V2G) 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 79
  • 80. Pilotage de la recharge, V2H et V2G Lissage de la puissance appelée par les VE (pilotage). Participation au réglage primaire de la fréquence. Utilisation de la capacité de stockage journalier pour faciliter la pénétration des EnR intermittentes dans le mix électrique : 5 millions de VE avec 50 kWh de batteries ~ 250 GWh permettant de disposer a minima de 30 GW pendant 2 heures. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 80
  • 81. Régulation du système électrique : l’exemple de la variabilité intrajournalière de la production éolienne 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 81
  • 82. Production éolienne du lundi 28 janvier 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 82 Ces fluctuations pourraient être multipliées par 5 en 2030 !
  • 83. Production du lundi 18 février 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 83 Ces fluctuations pourraient être multipliées par 5 en 2030 !
  • 84. Que peut apporter la gestion de la demande des bâtiments ? 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 84
  • 85. Que peut apporter le véhicule électrique ? Utilisation de la capacité de stockage journalier pour faciliter la pénétration des EnR intermittentes dans le mix électrique : 5 millions de VE avec 50 kWh de batteries ~ 250 GWh permettant de disposer a minima de 30 GW pendant 2 heures. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 85
  • 86. Annexe : Considérations générales sur la régulation du système électrique 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 86
  • 87. Les problématiques actuelles du système électrique Faire face à la modulation saisonnière de la demande. Maîtriser les courbes de charge journalières. Répondre à la variabilité aléatoire de la demande en fonction des aléas climatiques. Gérer les échanges d’énergie avec des pays voisins qui ont fortement développé des ENR électrogènes dites « intermittentes ». 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 87
  • 88. La gestion de la saisonnalité de la demande Pour faire face aux modulations saisonnières de la demande, on utilise conjointement trois moyens : Les arrêts pour maintenance-rechargement du nucléaire sont placés systématiquement en été et en demi-saison : le facteur de charge du nucléaire est ainsi de 92% en hiver contre 64 % en été. On utilise, plus ou moins massivement, l’eau stocké dans les grands réservoirs saisonniers hydroélectriques pour concentrer le productible hydraulique sur les périodes où la demande est la plus forte. On mobilise, en tant que de besoin le thermique classique brûlant du charbon, du fioul ou du gaz. On peut recourir à des importations si le prix du marché est inférieur au coût de production en France. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 88
  • 89. Productions mensuelles d’électricité en 2013 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 89 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Nucléaire Thermique à flamme Hydraulique EnR
  • 90. Gérer la modulation journalière 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 90
  • 91. Une sensibilité croissante de la demande hivernale à la température En 1994, lorsque la température était inférieure de 1°C à la normale, la puissance appelée augmentait de 1 100 MW. On pouvait donc avoir à faire face avec une probabilité raisonnable à un accroissement de puissance de l’ordre de 5 000 MW par rapport à la consommation à conditions climatiques normales. On disposait à l’époque d’une capacité « d’effacement » de la demande de 6 000 MW. Aujourd’hui, la sensibilité de la puissance appelée à la température est de 2 400 MW/°C. On peut donc avoir à faire face, avec le même risque que naguère à des variations aléatoires de l’ordre de plus ou moins 11 000 MW en fonction des conditions climatiques et, pourtant, malgré des efforts récents, les capacités d’effacement restent bien inférieures à ce qu’elles étaient en 1994. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 91
  • 92. Consommations d’électricité du secteur résidentiel et tertiaire par usage (TWh) L’accroissement des consommations des « chauffages électriques intégrés » dans le R&T (+32 % entre 1990 et 2010) ne permet pas d’expliquer ce plus que doublement de la sensibilité des consommations d’hiver à la température. Le chauffage d’appoint est le suspect n°1. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 92 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Chauffage Eau chaude sanitaire et cuisson Electricité spécifique Données corrigées des aléas climatiques source : CEREN
  • 93. Une problématique qui prend de l’ampleur : la très forte variabilité des échanges avec les pays qui ont développés massivement des ENR électrogènes intermittentes Dans une vision à moyen-long terme, ce type d’échanges est indispensable pour assurer le « foisonnement des aléas climatiques » au niveau européen. Mais à ce jour, certains pays sont allés beaucoup plus vite que la France dans le développement des EnR intermittentes et n’ont pas pris les dispositions pour maîtriser la variabilité de leur équilibre production-consommation de l’électricité. Les capacités d’interconnexion sont trop faibles pour permettre tous les échanges souhaitables : l’interconnexion France-Allemagne est saturée plus du tiers du temps, ce qui ne lui permet pas de jouer pleinement son rôle de secours mutuel entre les réseaux français et allemand. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 93
  • 94. Quand l’Allemagne exporte ses problèmes de régulation Évolution comparée du solde des échanges sur la frontière franco-allemande et de la production éolienne et photovoltaïque 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 94 Tout se passe comme si 1/3 du photovoltaïque allemand était implanté en France
  • 95. Comment le système électrique français sera-t-il exploité en 2030 ? 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 95
  • 96. Vers une diversification du mix électrique Pour en illustrer les conséquences, on considéré ici le scénario dit « nouveau mix » élaboré, parmi d’autres scénarios, par RTE. La puissance installée nucléaire est réduite à 40 000 MW, contre 63 100 MW aujourd’hui. Pour maintenir les émissions de CO2 à leur niveau actuel : On renforce sensiblement les capacités de production hydrauliques (STEP, énergies marines). On multiplie par plus de 4 la puissance installée en thermique EnR. On multiplie par un peu moins de 5 la puissance installée en éoliennes (40 000 MW contre 8 143 MW en 2013). On multiplie par 7 la puissance installée photovoltaïque (30 000 MW contre 4 300 MW aujourd’hui). On table sur le foisonnement des aléas au plan européen dont la France peut bénéficier sous réserve d’un renforcement de ses interconnexions internationales. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 96
  • 97. Caractéristiques de l’éolien Une saisonnalité plutôt satisfaisante : il y a, en moyenne, plus de vent en hiver qu’en été. Mais de très importantes variations, souvent à front raide, au sein même de la journée qui pourraient être en 2030 du même ordre de grandeur que l’aléa climatique sur la demande. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 97
  • 98. Production éolienne du lundi 28 janvier 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 98 Ces fluctuations pourraient être multipliées par 5 en 2030 !
  • 99. Production du lundi 18 février 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 99 Ces fluctuations pourraient être multipliées par 5 en 2030 !
  • 100. Caractéristiques du photovoltaïque Contre modulé par rapport à la modulation saisonnière de la demande. Concentré sur le milieu de journée. Des variations aléatoires à front raide. Il peut cependant exister des corrélations entre aléas intéressantes au plan local (besoins de froid dans le tertiaire, climatisation, ensoleillement). 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 100
  • 101. Saisonnalités comparées de la demande d’électricité et de la production photovoltaïque 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 101 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 Consommation Production PV
  • 102. Une problématique renouvelée Comment gérer au mieux les conséquences sur : Les investissements, les coûts de production, les risques de défaillance et les émissions de CO2 résultant de la mise en œuvre massive de ces EnR électrogènes intermittentes dont la production n’est pas nécessairement synchrone avec les besoins des consommateurs et qui présente une importante variabilité aléatoire. Les investissements, l’exploitation et la fiabilité des réseaux, ces équipements étant par définition largement répartis sur le territoire. La réponse est, évidemment d’une part la recherche d’une répartition géographique cohérente des capacités de production avec les besoins territoriaux d’énergie électrique, la recherche d’une concordance temporelle entre besoins d’énergie électrique et production, d’autre part. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 102
  • 103. Les possibilités d’action sur la demande Le système électrique tant au plan de l’équilibre production consommation qu’à celui de la gestion plus ou moins locale des réseaux, n’est plus gérable techniquement, économiquement, au regard des émissions de CO2, sans une contribution importante de la demande d’énergie électrique à sa régulation. Consommations mobiles (eau chaude sanitaire). Consommations modulables (chauffages, process industriels). Consommations interruptibles (dispositifs biénergie). Stockage de l’énergie électrique dans le bâtiment et dans les véhicules. La mise en œuvre de ces souplesses suppose le développement d’options tarifaires bien adaptées, qui devraient en particulier concerner le tarif d’acheminement. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 103
  • 104. Tout ce qui vient d’être dit suppose-t-il des bâtiments neufs « tout électriques » ? Pour les logements, oui car sinon, il n’y a plus grand-chose à réguler. Ce sera d’ailleurs « le bon choix » sous réserve que l’électricité reste décarbonée et compétitive. La réglementation devra d’ailleurs prévoir l’obligation dans ce cas d’un réseau domiciliaire et d’une interface smart grid répondant à des spécifications fonctionnelles précises. Pour d’autres types de bâtiments pas nécessairement : un supermarché pourra par exemple pour certains usages (chauffage) être alimenté par un réseau de chaleur local EnR et pour d’autres (besoins de froid, informatique, éclairage, ventilation,…) participer à la régulation électrique de l’ilot. 20/11/2017 Bâtiment et mobilité électrique face au défi climatique 104