La statistique des énergies renouvelables proposée dans ce document se différencie de celle régulièrement publiée par l’OCSTAT, qui couvre essentiellement les énergies non renouvelables et l’électricité distribuée par les SIG. Le relevé actuel porte sur l' « l’approvisionnement » énergétique (cf. Aspects statistiques no 53, 1986).
Il s’agit ainsi d’une statistique qui se rapproche du concept des énergies finales, tel que défini par l’OFEN : Les consommateurs d’énergie reçoivent leurs agents énergétiques de leurs fournisseurs d’énergie (économie énergétique) ou directement de la nature. La consommation finale est la quantité d’énergie livrée par les fournisseurs d’énergie aux consommateurs d’énergie ou directement prélevée dans la nature ou produite (transformée) par ces derniers pour leurs propres besoins. Le consommateur d’énergie qui consomme l’énergie finale est appelé «consommateur final». (OFEN, Statistique globale suisse de l’énergie 2010)
La méthode proposée dans ce document, cohérente avec la démarche de l’OFEN (cf. tableau 1), part du concept d’énergie brute. Les deux approches se différencient donc totalement sur le plan des transformations d’énergie et de la consommation propre du secteur énergétique. En ce qui concerne les statistiques publiées jusqu’à ce jour, cela ne posait pas trop de problèmes tant que les transformations d’énergie restaient très marginales. Cependant, le développement des réseaux thermiques ou des couplages chaleur force montrent les limites de l’approche en cours14. Nous sommes d’avis que la statistique telle que publiée actuellement méritera un toilettage, sur le modèle de ce qui est esquissé dans ce document, afin de la rendre compatible avec les normes fédérales. D’ailleurs même sans ce toilettage, cette statistique sera en partie retouchée par le seul fait de la coexistence avec la nouvelle démarche : on sait que l’actuel relevé des ventes de bois de chauffage est incomplet, il pourra par exemple être complété (ou remplacé) par la modélisation fondée sur les chaufferies, si cette dernière se révèle fiable.
B
IBLIOGRAPHIE
14Par exemple, dans un couplage chaleur force, on risque de comptabiliser l’énergie une première fois sous la forme de l’achat de gaz, puis de le comptabiliser deuxième fois sous forme d’électricité ou de chaleur vendues.
AIE/OCDE, Manuel sur les statistiques de l’énergie, 2005
Eicher + Pauli, Schweizerische Statistik der erneuerbaren Energien : Schlussbericht : Grundlagen, Mehodik und Auswertungen 1990-1998, OFEN
Faessler J. : Valorisation intensives des énergies renouvelables dans l’agglomération franco-valdo-genevoise (VIRAGE) dans une perspective de société à 2000 W, thèse de doctorat ès sciences no 4336, 2011, Université de Genève.
Faessler J., Hollmuller P, Lachal B. et Viquerat P.-A. : Valorisation thermique des eaux profondes lacustres : le réseau genevois GNL et quelques considérations sur ces systèmes. Archives des sciences, 2012, 65, pp 215-228 OFEN, Schweizerische Holzenergiestatistik, annuel
OFEN, Schweizerische Statistik der erneuerbaren Energien, annuel OFEN, Statistique globale suisse de l’énergie, annuel
OFEV, Facteur d’émission de CO2 selon l’inventaire suisse des gaz à effet de serre, oct. 2011 OFEN, Teilanpassung des Wärmepumpenmodells (2011),
OFS, Energieverbrauchsstatistik 2002 bis 2007, Stichprobenplan und Hochrechnung, Methodenbericht, 2013 Reber G. : Neue Statistik Markterhebung Sonnenenergie, Dokumentation des Uberarbeitung 2003, 2003, OFEN.
Service cantonal de statistique : Le point sur les statistiques de l’énergie dans le canton de Genève, Aspects statistiques no 53, 1986
SWISSOLAR-OFEN, Le recensement du marché de l’énergie solaire, annuel
A
NNEXEA : B
OIS ÉNERGIEA
NNEXEB : P
HOTOVOLTAÏQUETableau 1 : pourcentage d’installations subsistant selon le nombre d’années écoulées depuis leur vente.
Tableau 2 : caractéristique des lois normales caractérisant la durée de vie des cohortes de panneaux solaire
A
NNEXEC : B
IO CARBURANTDans les ordonnances adoptées aujourd'hui, le Conseil fédéral a arrêté les points suivants:
Sont considérés comme carburants issus de matières premières renouvelables les carburants énumérés dans la directive européenne 2003/30/CE du 8 mai 2003 (voir encadré ci-dessous), à l'exception du ETBE et du bio-MTBE. Au vu de leur persistance à long terme, ces deux carburants peuvent constituer une menace pour les eaux souterraines, raison pour laquelle ils ne bénéficient pas des mesures de promotion.
Au vu de la situation actuelle du marché, tous les carburants issus de matières premières renouvelables sont exonérés de l'impôt pour autant qu'ils remplissent des exigences minimales sur les plans écologique et social. Si le rapport des prix évolue d'une façon trop défavorable aux carburants fossiles, un impôt partiel pourra être perçu sur les carburants biogènes (carburants d'origine biologique ou organique).
Les exigences écologiques minimales comprennent des critères relatifs à la réduction du CO2, à l'impact environnemental, ainsi qu'à la conservation des forêts tropicales et de la diversité biologique (biodiversité).
Les carburants ne présentant pas d'inconvénients sur le plan écologique bénéficient de l'allégement fiscal sans preuve du bilan écologique global positif. Ce groupe comprend les carburants fabriqués à partir de déchets ou de résidus issus de la production agricole ou sylvicole.
Si les carburants tirés du colza contribuent de façon notable à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, ils doivent cependant être considérés de façon critique en raison de l'impact environnemental de la culture du colza. De plus, si l'on renonçait à exiger la présentation d'une preuve du caractère écologique de la production de ces carburants, ceux-ci pourraient être importés sans aucune restriction; compte tenu du rapport entre les prix suisses et ceux de l'UE, cette situation menacerait la production de carburants à partir de matières premières indigènes. C'est pourquoi ces carburants n'obtiennent l'allégement fiscal que si la preuve d'un bilan écologique global positif est apportée dans chaque cas.
Les carburants tirés de la canne à sucre remplissent les exigences relatives à la réduction des gaz à effet de serre et à l'impact environnemental, mais l'extension des surfaces consacrées à la culture de cette matière première peut compromettre la conservation des forêts tropicales. Ces carburants ne bénéficieront donc eux aussi de l'allégement fiscal que sur présentation de la preuve d'un bilan écologique global positif.
En règle générale, les carburants tirés de l'huile de palme, du soja ou des céréales n'obtiendront pas l'allégement fiscal. La culture de ces matières premières représente une menace pour les forêts tropicales et la biodiversité. En outre, la fabrication de ces carburants concurrence dans certains cas la production de denrées alimentaires.
Par exigences sociales minimales, on entend en principe le respect des dispositions de la législation sociale applicable dans les pays de culture et de production des carburants biogènes, pour autant que ces dispositions soient au moins équivalentes à celles des conventions fondamentales de l'Organisation mondiale du travail.
La restriction des quantités de carburants biogènes pouvant être importées en exonération d'impôt est conçue d'une manière conforme au droit international. Par conséquent, tant les quantités fabriquées en Suisse que les quantités importées sont imputées sur les contingents fiscaux. Les quantités fixées sont suffisamment élevées pour qu'il n'en résulte concrètement aucune restriction des importations.
Les précisions nécessaires quant aux preuves du bilan écologique global positif et du caractère socialement acceptable des conditions de production seront apportées par des ordonnances du Département de l'environnement, des transports, de l'énergie et de la communication et du Département de l'économie. Ces ordonnances seront élaborées et mises en œuvre au cours du 1er semestre 2008. La mise en vigueur de la loi révisée sur l'imposition des huiles minérales aura donc lieu au milieu de 2008.
Quant aux installations pilotes et de démonstration qui bénéficient d'une autorisation et produisent aujourd'hui déjà des carburants exonérés à partir de matières premières renouvelables, elles ne seront soumises aux dispositions de la loi révisée sur l'imposition des huiles minérales qu'au terme d'un délai transitoire approprié.
Directive européenne 2003/30/CE du 8 mai 2003, article 2, chiffre 2 Les produits énumérés ci-après sont considérés comme biocarburants:
a) bioéthanol: éthanol produit à partir de la biomasse et/ou de la fraction biodégradable des déchets et utilisé comme biocarburant;
b) biodiesel: ester méthylique de qualité diesel produit à partir d'une huile végétale ou animale à utiliser comme biocarburant;
c) biogaz: gaz combustible produit à partir de la biomasse et/ou de la fraction biodégradable des déchets, purifié jusqu'à obtention d'une qualité équivalente à celle du gaz naturel et utilisé comme biocarburant, ou gaz produit à partir du bois;
d) biométhanol: méthanol produit à partir de la biomasse, à utiliser comme biocarburant;
e) biodiméthyléther: diméthyléther produit à partir de la biomasse, utilisé comme biocarburant;
f) bio-ETBE (éthyl-tertio-butyl-éther): ETBE produit à partir de bioéthanol. Le pourcentage en volume de biocarburant dans le bio-ETBE est de 47%.
g) bio-MTBE (méthyl-tertio-butyl-éther): un carburant produit à partir de biométhanol. Le pourcentage en volume de biocarburant dans le bio-MTBE est de 36%.
h) biocarburants synthétiques: hydrocarbures synthétiques ou mélanges d'hydrocarbures synthétiques produits à partir de la biomasse;
i) biohydrogène: hydrogène produit à partir de la biomasse et/ou de la fraction biodégradable des déchets et utilisé comme biocarburant;
j) huile végétale pure: huile produite à partir de plantes oléagineuses par pression, extraction ou procédés comparables, brute ou raffinée, mais sans modification chimique, dans les cas où son utilisation est compatible avec le type de moteur concerné et les exigences correspondantes en matière d'émissions.
A
NNEXED : T
ABLEAUX COMPLÉMENTAIRES(B
ETC)
DE LA STATISTIQUE DES ÉNERGIES RENOUVELABLESA
NNEXEE: E
LÉMENTS MÉTHODOLOGIQUES POUR UNE STATISTIQUE DE L’
ÉNERGIE SOLAIRE DU CANTON DEG
ENÈVEF
ABRIZIOC
ARLEVARO ETV
INCENTD
ÉODATU
NIVERSITÉ DEG
ENÈVEINTRODUCTION
Le présent document reprend l’ossature de la méthodologie d’estimation de la production d’électricité et de chaleur de l’Office fédéral de l’énergie. Composante de la statistique suisse des énergies renouvelables (Schweizerische Statistik der erneuerbaren Energien), cette méthodologie, élaborée par SWISSSOLAR, repose sur trois niveaux d’évaluation présentés dans les trois premières sections de ce document.
La méthodologie débute par l’évaluation des surfaces d’installations solaires nouvellement mises en service chaque année. Ce premier niveau d’évaluation se résume en le recueil des données de vente annuelle d’équipements solaires et à l’établissement d’hypothèses sur la durée s’écoulant entre la vente et la mise en service des installations.
Le second niveau d’évaluation consiste à élaborer une statistique du stock d’installations solaires en service en incorporant le flux de nouvelles installations au stock d’équipements préalablement en service et en éliminant celles mises hors service. A cet effet, le flux d’équipements mis hors service est évalué par une loi de survie propre à chaque nouvelle génération ou cohorte d’installations vendues. Cette seconde étape aboutit à la quantification de la surface installée totale d’équipements solaires.
Le troisième niveau d’évaluation consiste à déterminer les puissances installées à partir des surfaces d’équipements en service, puis à évaluer les quantités d’électricité et de chaleur produites en fonction de l’ensoleillement reçu par ces installations.
Nous présentons, dans une quatrième partie, des éléments théoriques de calcul et proposons des améliorations susceptibles d’être apportées à la méthodologie de SWISSSOLAR(IV).
STATISTIQUE DU FLUX ANNUEL D’INSTALLATIONS SOLAIRES NOUVELLEMENT MISES EN SERVICE
Les données des ventes d’équipements obtenues auprès des professionnels de l’industrie solaire constituent la base de la statistique. Celles-ci ont été obtenues via une enquête effectuée auprès l’ensemble de la Fédération comportant 425 entreprises. Malgré un taux de réponse faible (96 et 142 réponses pour le solaire photovoltaïque et thermique, respectivement), SWISSSOLAR estime avoir pu couvrir entre 65 et 85% du marché, selon le type de technologie solaire (voir Annexes, figure 1).
Les équipements solaires sont distingués par technologies et par forme d’énergie produite (électricité ou chaleur). Les catégories et sous catégories employées par SWISSSOLAR sont les suivantes :
Production d’électricité : principalement utilisées dans l’industrie ou l’agriculture. Conformément à la méthodologie fédérale et une fiche technique de Swisssolar, depuis 2012 les collecteurs destinés au séchage du foin ne sont plus pris en
compte dans l’établissement de la statistique des énergies renouvelables (tableaux pages 20, 24, 46, 51, 63, 68, Schweizerische Statistik der erneuerbaren Energien). (Voir ANNEXES, ligne3 de la figure 2).
Ces catégories sont décomposées selon le type d’activité économique du propriétaire de l’installation solaire (voir Annexes, figure 3): désagrégées selon l’usage final de l’énergie produite par les installations, soit :
Chauffage d’eau sanitaire
Chauffage d’eau sanitaire et de locaux
Les installations photovoltaïques sont quant à elles décomposées en deux catégories (ANNEXES, figure 4):
les installations reliées au réseau de distribution électrique dont la puissance est supérieure à 2kW (99% des puissances installées) ;
le solde, comportant les installations de puissance inférieure à 2kW et les installations non reliées au réseau de distribution électrique.
SWISSSOLAR estime un intervalle de confiance de l’ordre de ∓ 500 kW pour les installations reliées au réseau et indique que les évaluations du solde ne sont pas précises (Voir Markterhebung Sonnenenergie 2010, p. 5) Les surfaces installées sont estimées à partir des données de la production domestique de panneaux solaires, à laquelle est ajouté le solde des importations et des exportations de panneaux solaires. (Voir Annexe, figure 5).
Quant au délai entre l’achat et la mise en service de ces équipements de production d’électricité ou de chaleur, il est fixé égal à 6 mois par la méthodologie SwissSolar. Par conséquent, les installations nouvellement mises en service durant l’année t est estimé égal à la moitié des ventes de l’année t-1 et à la moitié des ventes de l’année t, soit la moyenne arithmétique simple des ventes des années t-1 et t (voir ANNEXES, figure 9, exemple des collecteurs vitrés).
Les estimations des stocks d’installations (en m2 pour le thermique et en kWp pour le photovoltaïque) sont présentées dans le document Markterhebung Sonnenenergie 2010, p. 11.
Plusieurs technologies photovoltaïques sont agrégées dans la statistique SWISSSOLAR et on peut suggérer d’établir une classification comme suit en fonction des technologies utilisées:
cellules en silicium monocristallin cellules en silicium polycristallin cellules en couches minces
STATISTIQUE DU STOCK ANNUEL D’INSTALLATIONS SOLAIRES EN SERVICE
Suivant la méthodologie SWISSSOLAR, le stock annuel de capteurs thermiques et de panneaux photovoltaïques en service est évalué à partir des ventes annuelles, pondérés par une loi de survie propre à chaque cohorte annuelle d’installations vendues.
On peut formaliser l’accumulation de ces stocks dans le temps d’après la relation suivante :
t
0 la première année d’installation des capteurs solaires dont on cherche à mesurer le stock en l’annéet t
0𝑆𝑡𝜏 le stock de capteurs solaires mis en place l’annéeτ qui sont encore en service l’année
t
, 𝑙𝑡𝜏 la proportion d’équipements mis en place l’annéeτ qui sont encoreen service l’annéet
.La loi de survie des équipements est modélisée par la méthodologie SWISSSOLAR par une distribution normale tronquée à gauche de zéro, dont les paramètres sont fixés comme suit :
l’espérance de vie des capteurs thermiques et des panneaux photovoltaïques, que l’on suppose varier en fonction de l’année d’achat , est estimée tous les 5 ans et interpolée linéairement entre deux périodes quinquennales successives.
L’écart-type est évalué au tiers de l’espérance de vie (voir ANNEXE, figure 6, exemple de capteurs à tubes).
Les paramètres des lois de survies des différentes technologies sont donnés dans les tableaux suivants :
FIGURE 7 : DURÉES DE VIE MOYENNE PAR TECHNOLOGIE (SOURCE : MARKTERHEBUNG SONNENENERGIE 2010)
La fonction de distribution d’une la loi normale caractérisée par l’espérance et l’écart-type s’écrit :
x x
La loi de survie
l
t d’une distribution normale tronquée à gauche de 0 s’écrit donc :)
Dans le cas des capteurs thermiques à tubes, on obtient donc les lois de survies représentées graphiquement de la façon suivante:
FIGURE 8 : LOIS DE SURVIE POUR LES DIFFÉRENTES COHORTES DE COLLECTEURS À TUBE (SOURCE : MARKTERHEBUNG SONNENENERGIE 2010)
S’agissant d’exprimer un stock
S
t d’installations solaires en service l’annéet
, en fonction des achatsz
réalisés les années antérieures,
t
0, , t
, compte tenu de l’hypothèse de mise en service d’une moitié seulement de ces installations dans le courant de l’année de leur achat, on a :2
STATISTIQUE DES PUISSANCES INSTALLEES ET DE LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET DE CHALEUR SOLAIRE
MESURE DES PUISSANCES INSTALLÉES
Les capacités photovoltaïques installées étant mesurées en kWp (voir Markterhebung Sonnenenergie 2010), la mesure des puissances installées ne concerne que les stocks de capteurs thermiques installés exprimés, quant à eux, en m2. Cette puissance totale installée se calcule en multipliant la surface de capteurs thermiques installés par des puissances unitaires ou puissance par m2 spécifiques à chaque type de capteur. En désignant
par
p
une telle puissance unitaire, exprimée en W/m2, la puissance totale installéeP
t (en W), se calcule donc comme suit :p S P
t t .Pour les installations thermiques, la méthodologie de SWISSSOLAR utilise les puissances unitaires suivantes:
Figure 10 : Puissance par unité de surface des diverses technologies de capteurs thermiques( Source : Markterhebung Sonnenenergie 2010). Source : Teilstatistik Sonnenkollektoren fur die Heubeluftung 2010.
MESURE DE L’ÉLECTRICITÉ ET DE LA CHALEUR PRODUITES
QUANTITÉ DE CHALEUR PRODUITE
La quantité de chaleur produite,
Q
t, est calculée pour chaque technologie à partir des surfaces de collecteurs mis en service,S
t (en m2), et du rendement annuel par unité de surface, (en kWh/m2a).On a donc pour les capteurs d’une technologie donnée : t
t
S
Q
.L’estimation des rendements annuels par unité de surface est, dans le cadre de la méthodologie SWISSSOLAR, le fruit d’un calcul rapportant les surfaces en service à l’utilisation qui en est faite.
Comme nous avons pu le voir plus haut, l’évaluation des surfaces d’équipements thermiques en service étaient détaillées selon les usages auxquels les installations étaient destinées. De même, les rendements annuels par unité de surface pour chaque technologie de la méthodologie SWISSSOLAR sont distingués selon le type d’utilisateur et d’utilisation.
Le tableau suivant indique pour les collecteurs à tubes (1ère colonne) et pour les capteurs plats vitrés (2nde colonne) les rendements annuels unitaires. Ils sont répartis selon la distinction suivante : chauffage d’eau chaude pour les maisons individuelles et l’habitat collectif (respectivement 1ère et 2nde lignes) ; usage mixte indifféremment pour les maisons individuelles et l’habitat collectif (3ème ligne) ; autres usages (4ème ligne).
FIGURE 1 RENDEMENTS ANNUELS UNITAIRES POUR CHAQUE TECHNOLOGIE, PAR UTILISATEUR ET PAR USAGE (SOURCE : MARKTERHEBUNG SONNENENERGIE 2010, P. 9)
Les rendements annuels par unité de surface sont dès lors évalués comme des moyennes pondérées de ces coefficients présentés supra. Les poids associés proviennent de la proportion des puissances installées pour
chaque type d’activité et d’usage, comme vu précédemment (ANNEXES, figure 3, exemple des collecteurs à tubes).
Les rendements des capteurs plats non vitrés (majoritairement destinés au chauffage des piscines en été) sont évalués par SWISSSOLAR à 300 kWh/m2a ( Markterhebung Sonnenenergie 2010, p. 9).
QUANTITÉ D’ÉLECTRICITÉ PRODUITE
La quantité d’électricité produite est calculée à partir des puissances installées (exprimées en kWp) et de l’estimation du rendement annuel moyen par unité de puissance installée.
La méthodologie SWISSOLAR, envisage un rendement annuel moyen pour l’ensemble des installations bénéficiant d’un tarif de rachat (FIT) ou d’une subvention à l’investissement. Les données utilisées pour cette estimation sont recueillies auprès de Swissgrid (voir Markterhebung Sonnenenergie 2010, p. 9, note de page et p. 10 note de bas de page). Les rendements annuels sont calculés depuis 2003 en prenant en compte l’ensoleillement annuel.
Le rendement des installations non reliées au réseau est fixée depuis 2003 à 60% du rendement annuel moyen des installations reliées (Markterhebung Sonnenenergie 2010, p. 9 et p. 10 note de bas de page).
PROPOSITIONS D’AMELIORATION
VERS UNE SPATIALISATION DE LA RESSOURCE SOLAIRE ? RÉALISATIONS ANTÉRIEURES DANS LE CANTON DE GENÈVE
En moyenne, le rayonnement incident global est à Genève d’environ 1250 W/m2 pour un plan horizontal et de 1350 W/m2 pour un plan incliné orienté sud (Ineichen, 2009). Pour autant, la ressource solaire est variable selon l’orientation et l’inclinaison des toits. Selon une méthodologie similaire à celle utilisée par Faessler (2010), pour les communes de Meyrin et Onex, ou par Lachal (2013), pour les quartiers de Meyrin et des Pâquis, il est possible de spatialiser la ressource sur le Canton afin d’avoir une évaluation de l’ensoleillement propre à chaque site. Les études citées supra ont recours dans les deux cas à l’utilisation de logiciels SIG, ici ArcGis via l’outil Solar radiation (voir Faessler, Evaluation du potentiel solaire en milieu urbain : essais d’application aux toitures du canton de Genève. Genève, 2010). La réalisation d’un tel travail nécessite un modèle d’élévation des surfaces du canton (MNS) décrivant l’altitude en tout point du territoire y compris celles des ouvrages et bâtiments.
Deux limitations potentielles sont néanmoins à prendre en compte :
- Faessler (2010) souligne le temps de calcul conséquent nécessaire à l’établissement d’une carte d’ensoleillement du canton, qui doit être actualisée en fonction des nouvelles constructions et modifications de l’habitat.
- L’intérêt d’une spatialisation de la ressource solaire et donc la prise en compte de l’orientation et de l’inclinaison des toits, ombrages, n’existe que dans le cas où une information spatialisée du stock de panneaux photovoltaïques et capteurs thermiques installés est également disponible.
ELÉMENTS THÉORIQUES POUR L’ÉVALUATION DU POTENTIEL SOLAIRE
L’ensoleillement est mesuré en termes de densité de puissance, soit la puissance par unité de surface (W/m2).
L’ensoleillement est mesuré en termes de densité de puissance, soit la puissance par unité de surface (W/m2).