Impact et mitigation de l’intermittence des énergies renouvelables dans le mix électrique français

Impact and mitigation of renewable energy variability on the French electricity mix

• Auteur / Autrice : Yiling Cai
• Direction : François-Marie Bréon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Météorologie, océanographie, physique de l'environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2019
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Modélisation inverse pour les mesures atmosphériques et satellitaires (SATINV)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)

Mots clés

Mots clés libres

Energie

Climat

Electricité

Energy

Climate

Electricity

Résumé

La transition énergétique en France prévoit une diminution progressive de l’électricité nucléaire en parallèle avec une augmentation forte des énergies renouvelables (ENR). Ces dernières sont essentiellement l’éolien et le solaire qui ont toutes deux le défaut d’être variables et pilotées par la saison et la météorologie. La société moderne a besoin d’une disponibilité quasi garantie de la fourniture électrique et un développement rapide des renouvelables pourrait mettre en péril ce besoin. Pour compenser la variabilité des ENR, plusieurs stratégies sont envisageables (éventuellement en parallèle) : • Le pilotage de la demande soit par des contrats avec des industries à forte consommation, soit chez les particuliers avec le compteur Linky • Un backup qui peut être assuré par des sources carbonées (charbon, gaz) ou dé-carbonées (nucléaire) • Le stockage, sous forme hydraulique (STEP), batterie, ou chimique (méthanation) • Les imports/exports avec d’autre pays, en tenant compte de la limitation des inter-connections L’objectif de la thèse sera de développer puis d’exploiter un outil de modélisation du système électrique permettant une analyse quantitative des différents scénarios. L’outil devra permettre une simulation horaire de la consommation et de la production et devra prendre en compte la contribution des différents éléments qui permettent de compenser la variabilité des ENR. Une attention particulière sera portée à la modélisation de la variabilité des renouvelables en fonction des conditions atmosphérique, en analysant des dé-corrélations spatiales permettant le foisonnement, aux échelles nationales et européennes. Cet aspect bénéficiera des simulations atmosphériques aux échelles régionales développées au LSCE. Il faudra faire une évaluation grossière des besoins en matériaux et des couts associés aux différents éléments afin d’évaluer le caractère réaliste des différents scénarios et de permettre la recherche d’un optimal. On abordera ensuite la question de l’impact du changement climatique sur d’une part la consommation et d’autre part la variabilité de la production : L’évolution du climat attendue conduit elle à une augmentation ou une diminution de la fréquence des épisodes critiques pour le système électrique, soit lié à la consommation, soit lié à la production des énergies renouvelables intermittentes.

The energy transition in France foresees a gradual reduction of nuclear in the electricity mix in parallel with a strong increase in renewable energies (ENR). The latter are essentially wind and solar which both have the defect of being variable and driven by the season and the weather. Modern society needs an almost guaranteed availability of electricity supply and a rapid development of renewables could jeopardize this need. To compensate for the variability of the ENRs, several strategies are possible (possibly in parallel): • Demand management either through contracts with high-consumption industries or in some housing thanks to the Linky meter under deployment • A backup that can be provided by carbon sources (coal, gas) or de-carbon (nuclear) • Storage, in hydraulic form (STEP), battery, or chemical (methanation) • Imports / exports with other countries, taking into account the limitation of interconnections The aim of the thesis will be to develop and then exploit an electrical system modeling tool allowing a quantitative analysis of the different scenarios. The tool will allow an hourly simulation of the consumption / production and will account for the contribution of the above elements which make it possible to compensate the ENR variability. Particular attention will be paid to modeling the variability of renewables according to atmospheric conditions, by analyzing spatial de-correlations allowing smoothing of the variability, at national and European scales. This aspect will benefit from atmospheric simulations at regional scales developed at the LSCE. It will be necessary to make a rough assessment of the material needs and costs associated with the various elements in order to evaluate the realistic nature of the various scenarios and to allow the search for an optimal one. One will then address the question of the impact of climate change on both consumption and production variability. The question is whether the expected climate change leads to an increase or a decrease in the frequency of critical episodes for the electrical system, either related to high consumption or related to a low production of solar and wind power.