Thèse
Auteur :
Assoumou Edi

Date de soutenance :
22 juin 2006

Directeur(s) de thèse :
Maizi Nadia
Percebois Jacques



École :

MINES ParisTech
Intitulé de la thèse : Modélisation MARKAL pour la planification énergétique long terme dans le contexte français


Résumé : Dans une problématique énergétique marquée par des contraintes environnementales et de disponibilité des ressources primaires croissantes, le potentiel d'ajustement offert par les technologies fait partie des leviers les plus prometteurs sur le long terme. Les modèles de prospective énergétique constituent alors des supports précieux à l'analyse chiffrée de scénarios énergétiques alternatifs. Pour l'évaluation des choix technologiques futurs, la modélisation de type MARKAL s'avère particulièrement adaptée. Elle détermine une structure technologique optimale sous diverses contraintes, à partir d'une représentation explicite d'un ensemble d'options techniques actuelles et futures pour l'offre et la demande d'énergie.
Dans cette thèse nous réalisons une série de modèles de prospective énergétique pour le système énergétique français et nous proposons une nouvelle approche pour améliorer la représentation classique des systèmes électriques dans MARKAL. Les améliorations proposées portent sur le besoin de flexibilité pour le suivi de la courbe de charge, et sur l'impact de la production éolienne sur les choix de moyens de production.
Le travail de modélisation effectué comporte un modèle électrique flexible, un modèle électrique ouest européen multirégional, un modèle global du système énergétique français.I. INTRODUCTION.
1. L'EVOLUTION DU CONTEXTE ENERGETIQUE
2. LE RECOURS A LA MODELISATION PROSPECTIVE
3. L'ENERGIE ELECTRIQUE
4. ORGANISATION DU DOCUMENT
5. CONTRIBUTIONS
II. PROSPECTIVE ENERGETIQUE ET MODELISATION.
1. CADRE DE L'ANALYSE ENERGETIQUE
2. LES GRANDES FAMILLES DE MODELES.
2.1. Les modèles économiques et l'approche descendante (Top down)
2.2. Les modèles technologiques et l'approche ascendante (Bottom-Up)
2.3. Les modèles IAM (Integrated Assesment Models) : approche climatique
2.4. Modèles existants et catégories de modèles
3. LE MODELE MARKAL
3.1. Un générateur flexible de représentations du système énergétique
3.2. Un modèle d'optimisation
3.3. Equivalence économique
3.4. La famille de modèles MARKAL
4. CONCLUSION
III. LIMITES DE LA MODELISATION PROSPECTIVE DES SYSTEMES ELECTRIQUES.
1. LE BESOIN DE FLEXIBILITE DES SYSTEMES ELECTRIQUES REELS
1.1. Variation de la consommation et de la production
1.2. Gestion des déséquilibres sur le réseau
2. LIMITES DE LA MODELISATION PROSPECTIVE
2.1. Illustration par la planification du RTE dans le cadre de la PPI
2.2. Les modèles de prospective sur le long terme .
IV. MODELE MARKAL DU SYSTEME ELECTRIQUE FRANÇAIS
1. HYPOTHESES DE DESCRIPTION DU SYSTEME ELECTRIQUE FRANÇAIS EN 2000.
1.1. Le parc de production existant
1.2. Coûts d'exploitation et de maintenance du parc existant
1.3. Le réseau électrique en 2000: pertes et interconnexions
1.4. Options techniques pour l'approvisionnement futur
2. STRUCTURE DU MODELE DU SYSTEME ELECTRIQUE FRANÇAIS
2.1. Hypothèses générales du modèle électrique
2.3. Représentation des technologies d'offre
2.4. Vecteurs énergétiques.
2.5. Cohérence des résultats de production électrique en 2000
3. RESULTATS DE SIMULATIONS
3.1. Description du scénario simulé
3.2. Résultats
4. DISCUSSION CONCLUSIVE
V. AMELIORATION DE LA FLEXIBILITE GLOBALE DU MODELE ELECTRIQUE
1. ANALYSE DE LA REPRESENTATION MARKAL DE LA FLEXIBILITE
1.1. Découpage temporel et représentation de la demande électrique
1.2. Equilibre en énergie et dimensionnement en puissance
1.3. Contraintes de réserve, dimensionnement en puissance et intermittence
2. VOIES D'AMELIORATION DE LA REPRESENTATION MARKAL
2.1. Découpage temporel plus fin : approche du modèle MARKAL-TIMES
2.2. Modélisation par contraintes : Liaison forte entre besoin de flexibilité et participation à l'équilibre en énergie
3. FLEXIBILITE DES MODES DE FONCTIONNEMENT DU PARC
3.1. Segments de compétition et contraintes de production
3.2. Représentation flexible des technologies de production
3.3. Simulations et résultats
4. MODELISATION DE L'EOLIEN ET DE SON IMPACT
4.1. Formulations alternatives des impacts de la production éolienne
4.2. Implémentation
4.3. Simulations et résultats.
5. CONCLUSION.
VI. MODELISATION DU SECTEUR ELECTRIQUE OUEST EUROPEEN
1. LA ZONE ELECTRIQUE OUEST-EUROPEENNE
1.1. Structures globales de la production électrique des pays considérés
1.2. Capacités de production nucléaire
1.3. Capacités de production hydraulique
1.4. Capacités de production thermique
1.5. Production d'origine renouvelable
1.6. Interconnexions et échanges d'électricité
2. STRUCTURE DU MODELE EUROPEEN
2.1. Hypothèses générales du modèle
2.2. Nomenclature
2.3. Représentation des technologies d'offre
3. SIMULATIONS ET PERFORMANCES DU MODELE
3.1. Description du scénario simulé
3.2. Résultats
4. CONCLUSION
VII. MODELISATION DU SYSTEME ENERGETIQUE FRANCAIS
1. ARCHITECTURE DU MODELE
1.1. Catégories de demande
1.2. Vecteurs énergétiques et filières d'offre d'énergie
1.3. Emissions
2. DESCRIPTION TECHNOLOGIQUE DU SYSTEME ENERGETIQUE
2.1. Modélisation des secteurs : résidentiel, tertiaire et transport
2.2. Modélisation du secteur industriel
2.3. Modélisation du secteur agricole
2.4. Modélisation des réseaux de chaleur et de la cogénération
3. CARACTERISATION DE L'ANNEE 2000
3.1. Caractérisation du stock existant
3.2. Evolution future des stocks existants
4. CONCLUSIONS
VIII. EXEMPLES DE SIMULATIONS : SCENARIOS PROSPECTIFS POUR LE SECTEUR ELECTRIQUE
1. SCENARIOS DE DEPLOIEMENT DES CENTRALES NUCLEAIRES DE TYPE EPR
1.1. Description des scénarios.
1.2. Résultats de simulation
2. COUTS D'APPROVISIONNEMENT EN GAZ NATUREL
2.1. Description des scénarios
2.2. Résultats de simulation
3. EFFET D'UNE TAXE SUR LE CO2 EMIS
3.1. Description des scénarios.
3.2. Résultats de simulation
4. CONCLUSION
IX. CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE.
INDEX DES ILLUSTRATIONS
INDEX DES FIGURES
INDEX DES TABLEAUX
ANNEXE A : FAMILLES ET SOUS FAMILLES DE MODELES PROSPECTIFS
1. LES MODELES ECONOMIQUES ET L'APPROCHE DESCENDANTE (TOP DOWN)
2. LES MODELES TECHNOLOGIQUES ET L'APPROCHE ASCENDANTE (BOTTOM-UP).
3. LES MODELES IAM : APPROCHE CLIMATIQUE.
ANNEXE B : METHODE DE CALCUL DU LOLE.
ANNEXE C : LE TAUX D'ACTUALISATION
ANNEXE D : STRUCTURE DU MODELE ELECTRIQUE EUROPEEN

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