Une approche multidisciplinaire à l'introduction des technologies solaires photovoltaïques dans le mix énergétique

A multidisciplinary approach to the introduction of the solar photovoltaic technologies in the energy mix

• Auteur / Autrice : Sophie Avril
• Direction : Jean-Claude Bocquet, Christine Mansilla-Pellen, Jean-Guy Devezeaux de Lavergne, Pascal Da Costa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel et économie
• Date : Soutenance le 21/11/2014
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine ; 1998-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire génie industriel (Gif-sur-Yvette, Essonne) - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (France). Institut de technico-économie des systèmes énergétiques. direction de l'énergie nucléaire (Gif-sur-Yvette)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Andrieux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Bocquet, Christine Mansilla-Pellen, Jean-Guy Devezeaux de Lavergne, Pascal Da Costa, Sophie Méritet, Jean-Pierre Joly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Méritet, Jean-Pierre Joly

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie solaire -- Politique publique

Systèmes photovoltaïques

Énergies renouvelables

Mots clés libres

Energies renouvelables

Solaire photovoltaïque

Politique de soutien publique

Optimisation multicritère

Renewable power sources

Solar photovoltaic

Public support policy

Multicriteria optimization

Résumé

Les problématiques énergétiques sont au sommet des préoccupations politiques dans de nombreux pays, du fait des enjeux environnementaux inhérents, du rôle moteur de l’énergie dans tous les secteurs économiques ainsi que des préoccupations relatives à l’indépendance énergétique. Cet intérêt est accru du fait de la part croissante des sources d’énergie renouvelables et intermittentes dans le mix énergétique mondial. En particulier, de par son fort potentiel et la volonté politique de soutien dont elle a bénéficié, l’énergie photovoltaïque est désormais un acteur clé dans la mutation énergétique mondiale, et son intégration dans le mix mondial doit être réalisée avec attention. Afin d’avoir une compréhension approfondie de la façon dont l’énergie solaire peut pénétrer et transformer le panorama énergétique, nous avons adopté une stratégie en trois niveaux avec une approche multidisciplinaire visant à apporter quelques réponses aux questions suivantes : i/ quel sera la position de l’énergie solaire dans le futur mix énergétique ?; ii/ du fait de son inconvénient majeur, l’intermittence, pouvons-nous fournir une architecture optimale d’une système basé sur l’énergie solaire associant des systèmes de stockage ?; iii/ quelle est l’efficacité des politiques incitatives mises en œuvre pour accélérer son déploiement ?Ainsi, dans un premier chapitre, nous analysons la position particulière de l’énergie photovoltaïque dans le mix énergétique. Après un rappel des enjeux des futurs mix énergétiques mondiaux, nous proposons une description sommaire des différentes technologies solaires et de leurs évolutions attendues en termes d’améliorations techniques et de réductions de coûts. Enfin, nous décrivons la croissance très rapide du marché photovoltaïque et de ces conséquences à la fois sur le mix électrique et sur le secteur industriel. Dans le deuxième chapitre, nous nous intéressons à la problématique de l’intégration de cette énergie intermittente dans le mix électrique, en développant une méthodologie d’évaluation multicritère ainsi qu’un outil d’optimisation multicritère sous contraintes qui permet de faire des simulations d’un système composé de panneaux photovoltaïques et de technologies de stockage. Des cas d’applications sur le cas réel du Cirque de Mafate (L’île de la Réunion, France) sont présentés pour illustrer l’intérêt de la méthode.Enfin, dans le troisième chapitre, nous questionnons l’efficacité de différentes politiques de soutien aux technologies photovoltaïques dans les pays les plus pertinents. Nous examinons plus particulièrement la corrélation entre la puissance installée, l’argent publique dépensé, ainsi que les prix de l’électricité.

The energetic issue is on the top of the political agenda in many countries, for environmental reasons, for its driving role in all the economic sectors, as well as for the energetic independency concerns. This problematic is stressed by the increasing weight of renewable intermittent power sources in the global energy mix. In particular, due to its high potential and the strong national policy support it beneficiated, solar photovoltaic energy is now a key player in the world energy mutation, and the way it is integrated into the global mix should be carefully performed. To deeply understand the way solar energy can penetrate and transform the forthcoming energy framework, we adopted a three-level strategy with an multidisciplinary approach to provide some answers to the following questions: i/ how can we situate the photovoltaic power role in future energy mixes?; ii/ due to its main drawback, intermittency, could we provide an optimal design of a system combining storage devices?; iii/ what is the efficiency of the incentive policies that are or have been implemented to accelerate its deployment?That is why, in a first chapter, the peculiar position of the solar photovoltaic energy in the energy mix is analyzed. After recalling the general issue of future global energetic mixes, we propose a brief description of the different photovoltaic technologies and their promising evolutions in terms of technical improvements and cost reductions. Then, we describe the fast growing photovoltaic market and its consequences both on the electricity mix and the industry sector.In the second chapter we investigate the issue of integrating such an intermittent energy in the electricity mix, by developing a multicriteria evaluation methodology and a multicriteria under constraint optimization tool which simulates a system composed of photovoltaic panels and storage devices. Applications on a real case in the Cirque de Mafate (L’île de la Réunion, France) are presented to illustrate the interest of our method.Finally, in chapter three, we question the efficiency of different public support policies to the photovoltaic technologies in the most relevant countries. We focus on correlating the installed power capacity with the spent public money and the electricity prices.