Cohérence des prospectives technologiques et des investissements énergétiques dans le cadre d’un back-casting (VLEEM)

1. Programme Energie du CNRS Journée Atelier du GAT « Socio-Économie de l’Énergie » 20 Janvier 2005 Cohérence des prospectives technologiques et des investissements énergétiques dans le cadre d’un back-casting (VLEEM) Bertrand Château

2. Les méthodes téléologiques: centrées sur l’objectif et la décision Sommaire • La prospective technologique dans l’approche téléologique • La mise en cohérence de la dynamique du système énergétique avec la prospective technologique

3. La prospective téléologique: ce n’est plus “où va-t-on ?” mais “comment y va-t-on?” E Business as Usual Degrés de liberté Prévision Back-casting Objectif Héritage T 10 20 100

4. Au coeur de la prospective téléologique: les contraintes de l’héritage et les temporalités des changements pour atteindre l’objectif

5. Temporalités et changement de paradigme technologique : un axe central de VLEEM

6. Prise en compte des temporalités des décisions et mesures politiques conduisant au changement de paradigme technologique: le temps d’installation Incidence sur les prix/coûts Mesures difficiles Mesures modérées Mesures faciles

7. … et le temps additionnel de réalisation Autres Infrastructures Fiscalité, prix

8. Les méthodes téléologiques: centrées sur l’objectif et la décision Sommaire • La prospective technologique dans VLEEM • La mise en cohérence de la dynamique du système énergétique avec la prospective technologique dans VLEEM

9. Les composantes de la prospective technologique dans VLEEM • Monographies sur les technologies potentielles du futur: aspects techniques, économiques, environnementaux, potentiels de développement, « road maps » du développement • « Construction » de paradigmes technologiques alternatifs: cohérence/exclusion des technologies potentielles du futur (offre et demande), organisation en système des technologies (vecteurs énergétiques, centralisé/réseau versus distribué), impacts sur les comportements, sur l’organisation spatiale des activités, sur les infrastructures

10. Exemples sur le contenu des monographies technologiques • Les performances énergétiques de la « maison du futur » • Les potentiels de sequestration du carbone • l’apprentissage industriel des energies renouvelables • la road-map du nucléaire de 4ème et 5ème génération

11. Energy saving elements for house of the future • Architecture for passive warming and cooling • Off-air-heat/cool recovery • Efficient lighting • Insulation glass and wall material • On-site-generation technologies • Cool/heat/electricity storage • Automatic control for optimal end use

12. Les performances énergétiques de la maison du futur

13. Global CO2 sequestration potential in depleted oil and gas fields

14. Global CO2 sequestration potential for all options proposed

15. Les effets d’apprentissage dans les turbines éoliennes: exemple du Danemark

16. Les composantes des futurs effets d’apprentissage dans l’éolien Future learning effects in case of wind due to: } • Variable speed • Direct drive • Lower loads (fatigue) • Higher output • Less maintenance • Scaling of turbine • Larger wind farm • Mass production

17. Les limites des futurs effets d’apprentissage dans l’éolien • Technical maturity of current turbines of 0.6 to 2.5 MW • Future scaling effects: offshore yes, onshore hardly • Production of towers (onshore): local sourcing • Civil work, infrastructure, and grid connection = conventional technology? • Potential of cost reduction by mass production: 10-34% from 1.000 to 30.000 turbines/year

18. Synthèse sur la poursuite des effets d’apprentissage dans l’éolien

19. Exemple de scénario pour un développement non contraint du nucléaire en Europe compatible avec les critères de soutenabilité Nuclear capacities (GWel), 1st scenario

20. Road Map for Sustainable Nuclear R&D and Development

21. Exemples sur les éléments pris en compte dans la construction des paradigmes technologiques • La qualification des besoins de services énergétiques • L’analyse des systèmes électriques distribués dans un paradigme « renouvelables » • L’analyse des systèmes centralisés dans un paradigme « renouvelables »

22. Matrice des besoins de services énergétiques dans VLEEM

23. Exemple de fonctionnement d’un micro-système distribué dans un paradigme “renouvelables”: 3 unités de production et 20 logements Load demand Solar Generation • Disponibilité des 3 unités >99.9 % Generation from storage Excess generation Base Generation Biomass Generation

24. ... no storage available ... storage available and becomes cheaper ... storage available and very cheap ... storage available and expensive storage installations Exemple de fonctionnement d‘un système centralisé dans un paradigme renouvelable (Global link) Source: IPP • Backgrounding limitations: • only 0.5 % of earth surface per 5° x 5° can be utilised for solar radiation collection • only 1.25 GW wind power can be installed per 10‘000 km2 earth surface • installed solar power plant installed wind power plant electricity exchange

25. Global link: message Optimum Optimum in the scenario pattern would be a combination of net facilities and storage facilities because in that case the necessary installations would be at the lowest • Necessary potentials are available; • Needed storage capacities are strongly reduced by a global grid; • Day/night fluctuations in solar power can completely compensated only by storage facilities and not by the connection to a global grid; • In opposite to solar power, the fluctuations in wind power are mostly compensated via the global connection.

26. Les méthodes téléologiques: centrées sur l’objectif et la décision Sommaire • La prospective technologique dans VLEEM • La mise en cohérence de la dynamique du système énergétique avec la prospective technologique dans VLEEM

27. Les étapes de la mise en cohérence de la prospective technologique et de la dynamique des systèmes énergétiques dans VLEEM • Une architecture de modélisation pour concilier une approche exploratoire des besoins avec une approche téléologique du développement technologique • La prise en compte des temporalités et l’identification des chemins critiques, des « milestones », des conditions • la formalisation des « systèmes énergétiques de référence », l’optimisation spatio-temporelle

28. L’architecture de VLEEM pour mettre en cohérence prospective technologique et dynamique des systèmes énergétiques Intégration offre/demande « soutenable » Services énergétiques / grappes technologiques /ressources Technologies futures, Ressources Besoins de services énergétiques Situation énergétique présente, évolutions historiques

29. FIRST E.V. NEEDED ON THE MARKET AROUND 2005 FIRST H2 FUEL CELL NEEDED ON THE MARKET ONLY AROUND 2025 FIRST LPG FUEL CELL NEEDED ON THE MARKET ONLY AROUND 2015 FIRST HYBRID NEEDED ON THE MARKET AROUND 2005 Temporalités et dissémination technologique; exemple de la technologie automobile BACKCASTING

30. la formalisation des « systèmes énergétiques de référence », l’optimisation spatio-temporelle • Système énergétique de référence: mettre en cohérence les dynamiques de besoins (sous-modèle « BASES ») et les temporalités dans la montée en puissance des nouveaux paradigmes technologiques pour construire des sentiers de développement cohérents du système énergétique vers l’objectif (sous-modèle « BALANCE ») • Optimisation spatio-temporelle: déterminer les conditions d’ajustement des courbes de charge des besoins et de l’offre dans les paradigmes technologiques et leur conséquence sur l’organisation du système énergétique (stockage, réseaux, etc…) (sous-modèle « TASES »)