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Un mix électrique 100 % EnR en 2050 - Quelles opportunités pour décarboner les systèmes gaz et chaleur ?

 

L’objet de cette étude est d’évaluer les opportunités offertes par une production d’électricité à fort taux renouvelable pour décarboner les systèmes gaz et chaleur.

Elle repose sur une optimisation du mix électrique (production, stockage, réseau) et de sa capacité à produire du gaz de synthèse (par électrolyse et méthanation) et de la chaleur (par des pompes à chaleur et résistances) à injecter sur les réseaux. Simultanément à cette optimisation, la gestion de l’équilibre offre-demande électrique est simulée au pas de temps horaire sur un an, à une maille géographique correspondant aux anciennes régions administratives françaises. Les calculs ont été réalisés à l’aide de Artelys Crystal Super Grid, dont les fonctions de calcul avancées (modélisation multi-énergie, optimisation des investissements, déport de calcul sur infrastructure de haute performance) ont permis une représentation du système électrique et de ses synergies avec les vecteurs gaz et chaleur à un niveau de détail sans précédent.

L’étude illustre qu'à l'horizon 2050 et dans l'hypothèse d'un parc électrique 100% EnR, l'intérêt économique de la décarbonation des secteurs gaz et chaleur par les EnR électriques dépend principalement du prix du CO2 : si à un niveau de 100 €/t CO2 les débouchés rentables sont la chaleur et l'hydrogène, à des prix du CO2 supérieurs (à partir de 300 €/t CO2) il devient intéressant de produire du méthane de synthèse à partir d'électricité renouvelable pour remplacer du gaz fossile carboné.

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  • Client : ADEME
  • Date : Septembre 2017

Design de portefeuilles de solutions de flexibilité pour l’intégration des énergies renouvelables

 

L’étude Mainstreaming RES a été commandée par la Commission Européenne afin de mettre à disposition des Etats Membres un cadre méthodologique leur permettant d’évaluer l’évolution de leurs besoins de flexibilité, d’identifier les solutions de flexibilité localement disponibles et de composer un portefeuille à partir de ces technologies afin d’assurer une intégration des énergies renouvelables à moindre coût. Le rapport inclut une application de la méthodologie à l’échelle européenne, pour laquelle nous avons optimisé les capacités des différentes solutions de flexibilité en exploitant les modèles METIS et Artelys Crystal Super Grid. En particulier, le rapport souligne le rôle des technologies de stockage, de gestion active de la demande et des interconnexions. A l’échelle européenne, des bénéfices annuels d’environ 2.8 milliards d’euros peuvent être dégagés en investissant dans un portefeuille diversifié de solutions de flexibilité plutôt que de ne compter que sur des capacités thermiques.

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  • Client : Commission européenne
  • Date : Juillet 2017

Interaction des stratégies urbaines et énergétiques : guide méthodologique

 

Le projet ISEUT a permis l’élaboration d’une suite d’outils dédiée à la planification territoriale, reflétant la méthodologie de construction conjointe des documents de planification urbaine (SCoT, PLU(i), PLH) et des politiques énergie-climat (PCAET). La méthodologie, centrée sur la notion de forme urbaine, se décompose en trois étapes. La première étape consiste à caractériser les profils types des formes urbaines, pour laquelle l’utilisation de la compacité à l’ilot a été expérimentée. Au cours de la deuxième étape sont élaborés des plans d’action sectorisés à l’échelle du bâtiment, de l’ilot – via un outil de sélection d’actions d’efficacité énergétique - et de l’ensemble urbain – via un outil d’évaluation des opportunités de réseaux. L’ultime étape est consacrée au suivi et à l’évaluation, proposant une approche mixte entre mesure et modélisation. La méthodologie a été expérimentée sur le territoire du SCOT du pays de Lorient en s’appuyant sur le logiciel Artelys Crystal City.

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  • Client : ADEME – APR MODEVALURBA 2015-2017
  • Date : Février 2017
Partenaires : Audélor, HESPUL, E.A.U

Les véhicules électriques au service du système électrique en 2050 ?

 

L’objectif de cette étude est d’évaluer le gain relatif au service de stockage que rendraient les batteries des véhicules électriques, et ce en particulier dans le cadre d’un mix fortement renouvelable. Pour cela, les modèles et données pointus de l’étude ADEME sur un mix électrique 100% EnR ont été exploités, et les hypothèses inhérentes au transport ont été affinées par Renault. Une optimisation des capacités de production et de stockage électrique à l’horizon 2050 sur les régions françaises a ainsi été effectuée, en optimisant simultanément l’équilibre offre-demande électrique en chaque heure d’une année, et en simulant la dynamique des stockages, notamment celui des batteries des véhicules. L’objectif de cette démarche était ainsi d’identifier les impacts de ce service sur un système électrique français 100% EnR, et de chiffrer le potentiel de création de valeur absolue associée.

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  • Client : SystemX
  • Date : Novembre 2016
Partenaire : Renault

Evaluation de l’impact de designs de marché à l’horizon 2030

 

Cette étude, commandée par la Commission Européenne, participe à l’évaluation de l’impact d’un certain nombre de mesures de politique énergétique envisagées dans le paquet dit «EU Clean Energy for all Europeans». Les experts d'Artelys ont utilisé les modèles de marché de METIS pour effectuer une analyse de mesures telles que la généralisation du couplage des marchés intraday, le dimensionnement régional des réserves d’ajustement, la suppression du priority dispatch, etc. La représentation explicite des marchés européens de court terme (day-ahead, intraday, ajustement) dans METIS permet notamment d’illustrer comment les acteurs du marché peuvent affiner leurs positions sur le marché intraday pour différentes options de design de marché, et comment l'introduction des mesures de politique énergétique impacte l'efficacité des marchés de court terme.

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  • Client : Commission européenne
  • Date : Novembre 2016

Comment les aléas météorologiques provoquent des risques sur les revenus des producteurs d’électricité et comment y remédier ?

 

Cette étude analyse les risques des producteurs d’électricité liés aux variations de revenus engendrées par les conditions climatiques. L’étude se place à l’horizon 2030 dans le cadre d’un scénario Européen caractérisé par un mix énergétique ayant une part renouvelable importante. Etant donné la variabilité de la production d’énergie renouvelable, une flexibilité accrue est nécessaire afin d’assurer un niveau de production adapté durant les périodes de pointe. La présence de telles flexibilités dans le mix énergétique, nécessaires à la sécurité d’approvisionnement, dépend de l’habilité de ces technologies à capter des revenus de marchés et à couvrir leurs frais fixes. L’étude met en évidence que les moyens de flexibilité de pointe ont des revenus annuels hautement incertains, et passe en revue certains des mécanismes existants pouvant contenir ces risques. Finalement, l’étude souligne que la coopération régionale permet d’assurer la sécurité d’approvisionnement à moindre coût.

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  • Client : Commission européenne
  • Date : Novembre 2016

Étude de valorisation du stockage thermique et du power-to-heat

 

L’ATEE, en collaboration avec l’ADEME et 10 industriels du secteur de l’énergie, a souhaité évaluer le potentiel du stockage de chaleur et du power-to-heat à l’horizon 2030 dans le cadre de l’étude « PEPS3 » réalisée en 2016. L’étude, conduite par Artelys, Enea Consulting et le BRGM, aborde les cas d’études les plus pertinents (réseaux de chaleur urbain, récupération de chaleur fatale, eau chaude sanitaire domestique, cogénération, etc)., en retenant les technologies de stockage et de power-to-heat les plus adaptées à chaque contexte. L’intérêt de ces technologies est évalué dans une analyse pour la collectivité puis dans une analyse financière prenant en compte le contexte économique existant (taxes, mécanisme de soutien) et les modes de valorisation adaptés à chaque cas d’étude. L’analyse repose sur les dernières innovations technologiques du logiciel Artelys Crystal Super Grid, en particulier en termes d’optimisation de mix multi-énergie (chaleur, électricité).

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  • Clients : Ademe, ATEE
  • Date : Novembre 2016
Partenaires : ENEA Consulting, BRGM

Intégration des marchés de l’équilibrage d’électricité et dimensionnement régional des réserves d’équilibrage

 

Cette analyse coût-bénéfice a été commandée par la Commission Européenne pour consolider les travaux sur la Guideline on Electricity Balancing (GLEB, Directive sur l’ajustement des systèmes électriques) et sur le Market Design Initiative (MDI, Initiative sur le design de marché). L'étude examine plusieurs modèles d'échange d'énergie d’ajustement entre zones (ajustement effectué localement, compensation des déséquilibres à l'échelle européenne, concurrence au niveau européen entre les fournisseurs de services d’ajustement) et de dimensionnement des réserves (national, régional et européen). La première partie de l'étude (GLEB) évalue la proportion d'activations qui peut être évitée grâce à la compensation des déséquilibres lorsqu’elle est réalisée au niveau de l'UE, sous réserve de la disponibilité de capacités d'interconnexion, et comment différents modèles d’activation d’énergie d’ajustement peuvent résulter en une utilisation plus efficace du portefeuille de réserves. La deuxième partie de l'étude (MDI) évalue comment une collaboration régionale ou à l'échelle de l'UE peut réduire les besoins en réserves et examine le compromis entre une fourniture locale de réserves de réserves et la réservation de capacités d'interconnexion, nécessaire pour garantir que les TSOs puissent accéder aux fournisseurs d’énergie d’ajustement à l'étranger.

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  • Client : Commission européenne
  • Date : Octobre 2016
Partenaires : COWI, Frontier Economics

Enjeux et besoin de flexibilité dans le système électrique à l’horizon 2030

 

Le système électrique européen de 2030 sera caractérisé par une part conséquente de production EnR, notamment éolienne et solaire. Cette étude a pour but de définir le rôle des solutions de flexibilité et d’en quantifier le besoin dans ce contexte. En effet, la nature variable des moyens de production tributaires des conditions météorologiques est à l’origine de fluctuations qui doivent être compensées pour assurer l’équilibre offre-demande à tout instant. Ainsi, les interconnexions, le pilotage de la demande, le stockage d’énergie et les producteurs flexibles ont un rôle important à jouer pour garantir cet équilibre à moindre coût. Après avoir précisément défini le rôle de la flexibilité, ce rapport étudie sa valeur – et en particulier celle du stockage d’énergie et des producteurs flexible - pour des cas distincts, correspondant à des structures de mix et taux de production EnR différents.

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  • Client : Commission européenne
  • Date : Août 2016

Infrastructures gazières et sécurité d’approvisionnement au cours de la Transition Energétique

 

Commandée par la Fondation européenne pour le climat, cette étude vise à évaluer les besoins en infrastructures gazières en Europe pour garantir la sécurité d’approvisionnement tout au long de la transition énergétique. L’analyse, conduite par Artelys, estime également l’intérêt de la coordination entre systèmes gaziers et électriques. L'impact du développement des interconnexions, des options de flexibilité et des synergies entre les secteurs de l'électricité, du gaz et de la chaleur sur la sécurité d'approvisionnement en électricité et en gaz a été évalué avec Artelys Crystal Super Grid. L'étude montre que la gestion coordonnée des systèmes électriques et gaziers et l'anticipation des améliorations à venir en termes d'efficacité énergétique réduisent considérablement les besoins d'investissement en infrastructures gazières pour assurer la sécurité de l'approvisionnement.

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  • Clients : European Climate Foundation
  • Date : Juillet 2016
Partenaires : CLIMACT, Element Energy

Evaluation de l'impact d'une liste de PCIs du TYNDP 2014

 

Cette étude évalue l’impact d’une liste d’interconnexions (issues de la liste de projets du TYNDP 2014 de l’ENTSO-E). A cet effet, plusieurs critères – identiques à ceux exploités par l’ENTSO-E pour réaliser des analyses coût-bénéfice de projets d’intérêt commun (PCI) – économiques, environnementaux et de sécurité d’approvisionnement ont été estimés. Les bénéfices suscités par les PCIs ont été mesurés en comparant la simulation d’une gestion optimisée de la production au pas de temps horaire (sur 10 années climatiques), d’une part sur le réseau de transport électrique actuel et d’autre part sur le réseau augmenté des PCIs considérés. Les analyses ont été réalisées sur deux projections de l’horizon 2030, présentant des taux d’EnR différents, basées sur deux visions de l’ENTSO-E correspondant à des niveaux de demande et hypothèses de mix de production électriques distincts.

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  • Client : Commission européenne
  • Date : Mai 2016

Quel est l’impact des Projets d’Intérêt Commun sur la sécurité d’approvisionnement en gaz en Europe ?

 

L'objectif de cette étude est d’évaluer l’impact de Projets d’Intérêt Commun sur la sécurité d’approvisionnement en gaz en Europe. Une approche incrémentale est utilisée pour modéliser et simuler le système gazier à l’horizon 2030 sous différentes hypothèses d’infrastructures. L’impact des projets sur la sécurité d’approvisionnement en gaz est estimé en analysant leur influence sur deux indicateurs : la défaillance, qui mesure la demande non satisfaite dans des cas de températures moyennes et froides, et la dépendance à une source d’approvisionnement, qui mesure la part de demande non satisfaite dans le cas où une source d’approvisionnement est indisponible, par exemple les imports russes.

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  • Client : Commission européenne
  • Date : Avril 2016

Analyse de l'adéquation du système électrique

 

Le premier objectif recherché lors du design d’un système électrique est d’assurer son adéquation, c’est-à-dire sa capacité à satisfaire la demande à tout instant, à l’exception de situations très exceptionnelles. Dans le contexte d’une part croissante de production d’électricité variable, l’évaluation de l’adéquation du système requiert l’utilisation de méthodologies innovantes ; la question du périmètre géographique à considérer pour une telle évaluation doit également être adressée. Cette étude analyse les nouvelles techniques numériques développées, en particulier par les GRT, pour simuler précisément le fonctionnement du système électrique sur plusieurs scénarios climatiques. Ce rapport met également en évidence les bénéfices d’une approche régionale ou Européenne pour évaluer l’adéquation du système ; il en ressortira en effet, par comparaison à une approche nationale, un niveau plus faible d’investissement requis pour satisfaire les critères de sécurité d’approvisionnement.

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  • Client : Commission européenne
  • Date : Janvier 2016

Mix électrique 100% renouvelable ? Analyses et optimisations

 

Cette étude vise à évaluer dans quelle mesure la production d’électricité française pourrait être à 100% d’origine renouvelable d’ici à 2050, tout en garantissant une bonne qualité de fourniture d’électricité. A cet effet, Artelys a réalisé des calculs qui optimisent conjointement les capacités de production (agencement des diverses filières renouvelables dans les différentes régions du territoire français) et celles des lignes du réseau de transport inter-régional, ainsi que la simulation de la gestion optimisée du système électrique au pas de temps horaire sur plusieurs scénarios d'aléas climatiques. Les contraintes relatives à la complexité de la gestion heure par heure d’un système électrique (caractère intermittent et limites d’implantation géographique des énergies renouvelables, capacité du réseau de transport, gestion dynamique des stockages d’énergie, pilotage de la demande électrique) ont été prises en compte.

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  • Client : Ademe
  • Date : Octobre 2015
Partenaires : ARMINES-PERSEE, ENERGIES DEMAIN

Transition énergétique et mécanismes de capacité : une contribution au débat européen

 

Commandée par l’UFE et BDEW, deux associations d’acteurs majeurs de l’électricité en France et en Allemagne, cette étude vise à évaluer l’influence de la mise en place d’un mécanisme de rémunération de capacités sur la sécurité d’approvisionnement en France et en Allemagne. L’étude s’intéresse notamment à l’impact des conditions climatiques sur les revenus des producteurs et évalue les risques qui en découlent pour les investisseurs. L’impact du risque sur la structure du mix énergétique a également été analysé à travers cette étude. L’analyse conduite par Artelys repose sur un modèle du système électrique Franco-Allemand permettant de générer des prix de marchés dans différentes conditions de marché (présence ou absence de marché de capacité en France et/ou en Allemagne, présence ou absence de prix maximum sur le marché « energy-only ») pour différents scénarios climatiques. Cela permet ainsi d’estimer la rétroaction des revenus des acteurs sur le niveau d’investissement. Les avantages d'une approche coordonnée (franco-allemande) de la sécurité d'approvisionnement ont également été identifiés et quantifiés.

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  • Clients : UFE, BDEW
  • Date : Septembre 2015

Tarification des injections sur les réseaux de transport d’électricité

 

Dans le cadre de la mise en place des tarifs du TURPE, la Commission de Régulation de l’Énergie (CRE) a souhaité mener une étude exploratoire sur la mise en place de tarifs d’injections géographiquement différenciés. L'étude vise à analyser l’intérêt et la faisabilité de tels tarifs dans le cas français, ainsi que leurs modalités d'application. A partir d'historiques de consommation et de production des 21 anciennes régions administratives de France métropolitaine et d'un modèle d'optimisation des flux, Artelys a calculé la structure et quantifié les disparités territoriales des coûts (en €/MWh) sur un réseau adapté de transport d'électricité. Cette analyse a permis de démontrer l'existence d'écarts de coûts non négligeables liés directement à la répartition de la production et de la demande. Une analyse de sensibilité sur des scénarios générés, correspondant à des aléas climatiques différents, a permis de confirmer la stabilité des différentiels de coût calculés.

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  • Client : CRE
  • Date : Mars 2015

Outils d’aides à la décision pour l’élaboration de stratégies énergétiques durables de dans les territoires et de complexes industriels

 

Le projet CitInES a abouti au développement et à l’expérimentation d’un outil d’aide à la décision multi-échelle et multi-énergie dédié à l’optimisation énergétique des territoires et des installations industrielles. Cet outil permet de définir et de suivre la mise en place de stratégies de long terme durables, fiables, et économiquement responsables. Les expérimentations ont été menées dans les villes italiennes de Cesena et Bologne, ainsi que dans la raffinerie turque de Tupras. Des modèles et algorithmes innovants ont été conçus pour guider les utilisateurs dans l’optimisation de leurs systèmes énergétiques ; l’outil s’appuie ainsi sur des simulations détaillées des systèmes locaux de production, stockage, transport, distribution et consommation, en prenant en compte la maitrise et le pilotage de la demande, ainsi que les fonctionnalités de coordination des smart grids. L’ensemble des vecteurs énergétiques (électricité, gaz, chaleur urbaine,…), des usages (chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation,…) et des secteurs (résidentiel, tertiaire, industrie, transports) sont pris en compte pour établir une vision d’ensemble des systèmes énergétiques urbain et industriel.

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  • Client : Commission européenne - FP7 2011-2014
  • Date : Juin 2014

 

Partenaires : Municipalité de Cesena, Municipalité de Bologne, Tupras, Ervet, Schneider, Inesc Porto, Austrian Institute of Technology, Armines, INRIA

Etude sur le potentiel du stockage d'énergies

 

Financée par le ministère de l’industrie, l’ADEME et l’ATEE, l'étude PEPS vise à comparer en détail et de manière transparente les coûts, bénéfices et opportunités liés aux technologies de stockage d'énergie en France. A cet effet, différents contextes énergétiques ont été étudiés (niveau national, zones rurales avec contraintes de réseau, îles, stockage thermique avec chauffage urbain ou cogénération, etc. ). Dans chacun de ces contextes, Artelys a modélisé l'équilibre offre-demande du système électrique avec Artelys Crystal Super Grid, au pas de temps horaire sur une année, pour évaluer la valeur des services fournis par les différentes technologies de stockage (arbitrage, capacité, services systèmes, etc.) en fonction de leurs caractéristiques techniques (efficacité, durée de décharge, capacité à fournir des services système, etc.). Les technologies de stockage ont également été comparées à d'autres solutions de flexibilité (pilotage de la demande, production flexible, renforcement du réseau, etc.). Des recommandations stratégiques pour le développement des technologies ont été formulées à partir de ces analyses, et ces résultats ont été présentés au Ministère de l'Industrie.

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  • Clients : Ademe, ATEE, DGCIS
  • Date : Octobre 2013
Partenaires : ENEA Consulting, G2ELab