Évaluation de scénarios d'électrification des usages thermiques sur la courbe de charge électrique du secteur résidentiel

Assessment of Electrification Scenarios for Thermal Uses on the Electical Load Curve of the Residential Sector

• Auteur / Autrice : Valentin Moreau
• Direction : Pascal Stabat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Soutenance le 24/11/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre énergétique et procédés (Paris ; Fontainebleau, Seine et Marne ; Sophia-Antipolis, Alpes Maritimes ; 2004-2012)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Mindjid Maïzia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Stabat, Laure Itard, Bruno Lacarrière, Louis-Gaëtan Giraudet, Bruno Duplessis, Thomas Berthou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laure Itard, Bruno Lacarrière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (France)

Transition énergétique

Électricité -- Consommation

Chauffage électrique

Mots clés libres

Modèle énergétique de parc de logements

Courbe de charge

Prospective énergétique

Usages thermiques

Chauffage électrique

Consommation électrique

Building Stock Energy Model

Electric space heating

Electricity consumption

Future studies

Thermal end-Use

Load curve

Résumé

En France et en Europe, les scénarios de neutralité carbone à l'horizon 2050 font largement appel aux technologies électriques pour les usages thermiques des bâtiments : chauffage, eau chaude sanitaire (ECS) et climatisation.Un modèle énergétique est proposé pour le calcul de la courbe de charge des usages thermiques du parc de logements situé en France métropolitaine. Ce modèle a une approche ascendante (bottom-up) et se fonde sur des simulations physiques explicites d'un échantillon de plusieurs de milliers de logements représentatifs du parc. Enrichi avec plusieurs jeux de données, il intègre la diversité et les interdépendances entre les caractéristiques des bâtis, des systèmes énergétiques et des comportements de gestion des ménages.Le modèle fait l'objet d'un calage et d'une validation en s'appuyant sur la courbe de charge électrique des logements estimée à partir d'un panel de courbes de charges mesurées et représentatives du parc de logements. Cette confrontation a mis en évidence la spécificité des besoins de chauffage et d'ECS de chacun des segments du parc résidentiel. Les comportements de gestion spatio-temporelle sont déterminants pour la forme de la courbe de charge. Les choix de modélisation retenus ont permis une meilleure appréciation des déterminants techniques et comportementaux responsables des appels de puissance lors des vagues de froid. Les contributions des différents segments du parc de logements sont notamment analysées lors de la vague de froid historique de février 2012.Le modèle énergétique permet d'évaluer la puissance électrique appelée pour le chauffage électrique du parc de logement (consommation moyenne et en pointe, forme de la courbe de charge, thermosensibilité, etc.), en fonction des différents leviers mobilisables pour atteindre la neutralité carbone (rénovation thermique, électrification des usages thermiques du parc, sobriété). Il a été appliqué pour calculer la courbe de charge de chauffage électrique des scénarios « Transition(s) 2050 » de l'ADEME.

In France and Europe, carbon neutrality scenarios by 2050 heavily rely on electric technologies for thermal purposes in buildings: space heating, domestic hot water (DHW), and air conditioning.An energy model is proposed to calculate the load curve for thermal uses in the housing stock located in metropolitan France. This model takes a bottom-up approach and is based on explicit physical simulations of a sample of several thousand residences representative of the housing stock. Enriched with multiple datasets, it incorporates the diversity and interdependencies among building characteristics, energy systems, and household management behaviours.The model undergoes calibration and validation based on the electrical load curve of the residences estimated from a panel of measured and representative load curves of the housing stock. This comparison has highlighted the specificity of heating and DHW needs for each segment of the residential housing stock. Spatial-temporal management behaviours are crucial for the shape of the load curve. The modelling choices made have allowed for a better understanding of the technical and behavioural determinants responsible for power demand during cold spells. The contributions of different segments of the housing stock are analysed during the historic cold spell of February 2012.The energy model allows for the assessment of the electrical power required for electric heating in the housing stock (average and peak consumption, load curve shape, thermosensitivity, etc.), based on various strategies that can be employed to achieve carbon neutrality (thermal renovation, electrification of thermal uses in the housing stock, energy conservation). It has been applied to calculate the load curve for electric heating in the "Transition(s) 2050" scenarios by ADEME (The French Agency for Ecological Transition).