ARTICLE 1: OPTIMIZATION OF ENERGY CONSUMPTION IN SMART
6.1 Technologies affectées
6.1.1 Importations et exportations
La première hypothèse faite pour définir les technologies affectées dans l’approche conséquentielle est que les variations des consommations sont répondues par des variations de production. Or entre 2012 et 2015, les variations des échanges entre la France et ses pays voisins ont représenté 25 % des variations des consommations. Les variations des échanges sont soit une augmentation ou une réduction des importations soit une augmentation ou une réduction des exportations. Ainsi les échanges ne devraient pas être négligés dans les conséquences des variations des consommations. Cependant, la réelle difficulté de la considération des échanges dans les technologies affectées se trouve dans le lien de cause à effet qui existe entre variations des consommations et variations des échanges. En effet, les échanges d’électricité dépendent de plusieurs paramètres externes et peuvent avoir un intérêt économique pour les opérateurs des réseaux électriques. Si un pays voisin est prêt à acheter l’énergie à un prix élevé, l’opérateur sera plus enclin à la lui livrer même si son niveau de consommation est élevé. De même si un opérateur est prêt à payer pour exporter son énergie, ce qui arrive en Allemagne avec des prix négatifs à cause d’une trop forte intégration d’énergies renouvelables intermittentes [105], alors les opérateurs voisins importeront de l’énergie même si leur niveau de consommation est bas. Ainsi, les raisons motivant les échanges ne sont pas systématiquement liées aux variations des consommations. Il faudrait connaitre les stratégies des opérateurs des réseaux électriques et des opérateurs voisins pour connaitre les conséquences des variations des consommations ainsi que les technologies affectées qui y répondront dans le pays exportateur. Ces considérations peuvent changer les ensembles des technologies affectées obtenus dans nos modèles.
6.1.2 Technologies contrôlables et non contrôlables
Cette problématique de cause à effet est le cœur de l’approche conséquentielle. Dans cette étude, il est supposé que les conséquences des variations des consommations sont des variations de technologies contrôlables. Or certaines sources des technologies de production possèdent une variabilité naturelle, comme l’hydraulique au fil de l'eau, qui limite leur contrôle. De plus, des solutions techniques existent pour rendre les sources d’énergies renouvelables intermittentes flexibles en cas de surproduction. En pivotant les pales des éoliennes ou en changeant la surface ensoleillée des panneaux solaires [12], les technologies basées sur les ERI peuvent être contrôlées. Ainsi les conséquences des consommations sont délicates à obtenir et toutes les technologies de production pourraient être considérées.
Dans notre étude, nous avons considéré deux modèles pour discuter des imprévus. Le premier considère que tous les imprévus de production qui interviennent sur les réseaux électriques sont négligés. Ces imprévus peuvent être des coupures de lignes de transmissions, des activités de maintenance ou des problèmes techniques sur une ou plusieurs centrales. Ils impliquent que les variations des technologies contrôlables ne sont pas dues aux variations des consommations ainsi le modèle sans imprévus surévalue les contributions des technologies contrôlables dans les ensembles des technologies affectées. Un deuxième modèle considère les imprévus en supposant que toutes les variations des technologies inversées aux consommations globales sont des imprévus. Or ce modèle est basé sur les variations globales des consommations et parait négliger les variations locales des consommations. Ainsi, les deux modèles présentent des simplifications fortes des opérations du réseau électrique mais il parait difficile d’isoler précisément les technologies affectées par des variations de consommations sans connaitre avec précision l’ensemble du réseau. L’analyse de sensibilité réalisée sur les technologies affectées par ces deux modèles montre que malgré des hypothèses fortes, des moyennes de contributions stables des technologies affectées sont obtenues. Cependant, les différences entre les deux modèles sont importantes lorsqu’il s’agit de l’optimisation des consommations. Ainsi les imprévus des technologies de production sont un point sensible d’une étude en temps-réel et l’acquisition des imprévus qui interviennent sur le réseau est un point essentiel si l’on veut limiter la sensibilité des modèles.
6.1.3 Agrégations technologique et spatiale
Pour l’approche conséquentielle, la principale limite de cette étude réside dans l’agrégation des données. Cette agrégation se trouve sous les formes technologique et spatiale. L’agrégation technologique consiste à fusionner certaines technologies en des catégories qui perdent les détails des productions au niveau des centrales. Lorsque les différentes technologies de production possèdent des coefficients d’impacts relativement similaires, cela peut ne pas être dommageable sur les résultats, comme en France. Mais lorsque cette agrégation comprend des technologies très différentes sur le plan environnemental, comme en Italie où les sources « biomasse » et « charbon » sont dans la même catégorie, les différences sont notables. L'agrégation des centrales par type de technologie fait en sorte que les variations de chaque centrale sont négligées. La précision de l’ensemble des variations de chaque centrale peut changer les contributions des technologies affectées dans les deux modèles développés.
L’agrégation spatiale des données par opérateur implique que des variations de consommations dans le sud de la France auront les mêmes conséquences que des variations de consommations dans le nord. Or la spatialisation a son importance dans les conséquences des variations des consommations et de production. Par exemple, si une résidence d’une zone A fait un appel d’énergie électrique entre les instants « t » et « t + h » répondu par une technologie A et qu’une résidence d’une zone B fait un appel d’énergie entre les instants « t » et « t + h» répondu par une technologie B, alors au niveau global, l’appel d’énergie total est répondu par les technologies A et B sans distinction spatiale. Cet exemple pratique devient réaliste si l’on considère des millions de résidences et des centaines de centrales. Ainsi, il ne parait pas pertinent de considérer au niveau global des technologies affectées lorsque les consommations sont localisées. Cet aspect est le point central qui explique l’imprédictibilité au niveau global des technologies affectées et des coefficients d’émissions.
En analogie avec le prix nodal décrit dans la revue de littérature, une solution pour définir les conséquences des variations des consommations des bâtiments localement est de développer les impacts marginaux nodaux. Les impacts marginaux nodaux donneraient les conséquences d’un incrément d’une certaine quantité d’énergie à chaque point du réseau à chaque instant. Cependant, une grande quantité de données est requise pour développer les impacts marginaux nodaux à
différents points du réseau ainsi que la connaissance des stratégies des opérateurs. Ce travail devrait se faire en collaboration avec les opérateurs des réseaux électriques.
6.1.4 Amélioration de l'identification des technologies affectées en ACV
La Figure 9 montre les moyennes des contributions des technologies affectées par des variations de consommations sur 1 heure définies selon le modèle sans imprévus pour la France, la Grande – Bretagne, l’Allemagne, la Belgique, l’Italie et l’Espagne entre 2012 et 2015.
Figure 9 : Moyennes des contributions des technologies affectées en Europe avec le modèle sans imprévus sur 1 heure entre 2012 et 2015
La source nommée « Thermique » pour l’Italie est l’agrégation de plusieurs sources d’énergies comme le charbon, gaz ou fioul. La production de cette catégorie est composée en moyenne de 57 % de production basée sur du gaz naturel entre 2012 et 2014. Cependant il est impossible de connaitre la composition des technologies de la catégorie « Thermique » lors des variations. Sur un horizon de temps d’1 heure en Europe, l’hydraulique est la source d’énergie qui contribue le plus aux adaptations des consommations avec une moyenne de 35 % des capacités affectées suivie par le gaz et le charbon.
Malgré toutes les limites décrites dans les parties précédentes, nous avons montré que l’hydraulique est une technologie affectée à court terme importante dans plusieurs pays. Or cette technologie est rarement citée dans les études qui se contentent de discuter du gaz, du fioul ou du charbon [88].
0% 20% 40% 60% 80% 100% France Grande Bretagne
Allemagne Belgique Italie Espagne
L’hypothèse importante qui justifie ces choix est que l’ordre de mérite économique des centrales est respecté, ainsi les technologies adaptent les consommations en fonction de leur coût. Notre étude a démontré que ces technologies ne sont pas nécessairement celles qui répondent le plus aux variations de la demande, ce qui démontre que l’ordre de mérite économique n’est pas respecté. Ceci s'explique par une grande complexité d’opérations des réseaux électriques. Une étude des variations des technologies affectées telle que développée dans ce mémoire devrait être réalisée en amont des analyses de cycle de vie qui utilisent une approche conséquentielle dynamique pour la production d’électricité.