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Ener­gy chal­lenges for ci­ties and se­cu­ri­ty of ener­gy sup­ply

Investir en Europe - - SOMMAIRE / CONTENTS - Vi­viane du Cas­tel, ISG­PBM/ ISERAM, Pa­ris, 05/ 2017.

La sé­cu­ri­té éner­gé­tique est un en­jeu fon­da­men­tal pour les villes. En ef­fet, les thé­ma­tiques éner­gé­tiques sont ain­si l’une des pré­oc­cu­pa­tions ma­jeures des mai­ries et des col­lec­ti­vi­tés. Nombreux sont ceux qui ont été ou sont ain­si confron­tés à des choix éner­gé­tiques, sou­vent in­duits par des évé­ne­ments ex­té­rieurs, tels que le poids des opi­nions pu­bliques, ma­ni­pu­lés ou non, par la proxi­mi­té d’échéances élec­to­rales im­por­tantes ( ex. : les consé­quences de l’in­ci­dent de Fu­ku­shi­ma­Daï­chi [ Ja­pon] par cer­tains pays, le gaz de schiste en France), avec des im­pacts éco­no­miques et fi­nan­ciers ( ex. : poids des éner­gies re­nou­ve­lables), élec­to­raux ( ex. : aban­don du nu­cléaire en Al­le­magne), etc. D’une fa­çon générale, choix éner­gé­tiques et choix po­li­tiques sont in­ti­me­ment liés.

A tous les éche­lons po­li­tiques et ad­mi­nis­tra­tifs sont concer­nés, les villes sont au pre­mier rang de nombreux dis­po­si­tifs ter­ri­to­riaux. En ef­fets, les villes s’im­pliquent dans la tran­si­tion éner­gé­tique et s’im­posent comme des ac­teurs in­con­tour­nables des nou­veaux pay­sages éner­gé­tiques ci­ta­dins. Les villes se po­si­tionnent de plus en plus comme des vec­teurs de crois­sance au rayon­ne­ment bien au­de­là de l’éche­lon lo­cal.

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Ener­gy se­cu­ri­ty is a key is­sue for ci­ties. In­deed, the ener­gy themes are thus one of the ma­jor preoc­cu­pa­tions of the town halls and the com­mu­ni­ties. Ma­ny have been or are thus confron­ted with ener­gy choices, of­ten cau­sed by ex­ter­nal events, such as the weight of pu­blic opi­nion, ma­ni­pu­la­ted or not, by the proxi­mi­ty of im­por­tant elec­to­ral dead­lines ( eg the conse­quences of Fu­ku­shi­ma­Daï­chi in­ci­dent in Ja­pan by some coun­tries, shale gas in France), with eco­no­mic and fi­nan­cial im­pacts ( eg re­ne­wable ener­gies), elec­to­ral ( eg aban­don­ment of nu­clear po­wer in Ger­ma­ny), etc. . Ge­ne­ral­ly spea­king, ener­gy choices and po­li­ti­cal choices are in­ti­ma­te­ly lin­ked.

At all po­li­ti­cal and ad­mi­nis­tra­tive le­vels, ci­ties are at the fo­re­front of ma­ny ter­ri­to­rial ar­ran­ge­ments. In ef­fect, ci­ties are in­vol­ved in the ener­gy tran­si­tion and be­come es­sen­tial ac­tors in the new ur­ban ener­gy land­scapes. Ci­ties are in­crea­sin­gly po­si­tio­ning them­selves as vec­tors for eco­no­mic growth far beyond the lo­cal le­vel im­pact.

Dans ce cadre, les pays de l’Union eu­ro­péenne ( UE) sont di­vi­sés face à la lé­gis­la­tion re­la­tive à l’éner­gie et au cli­mat( 1) . De nom­breuses di­ver­gences existent entre le ni­veau na­tio­nal et le ni­veau eu­ro­péen. Tou­te­fois, l’UE en­tend rendre le mar­ché de dé­tail eu­ro­péen de l’élec­tri­ci­té plus du­rable et plus sobre en termes de car­bone. La li­bé­ra­li­sa­tion du mar­ché de l’élec­tri­ci­té vise à créer, de­puis 2007, un mar­ché in­terne unique au ni­veau eu­ro­péen ( Union eu­ro­péenne), afin d’op­ti­mi­ser le sec­teur. Ain­si, le client se voit pro­po­ser une offre sé­cu­ri­sée en termes d’ap­pro­vi­sion­ne­ments, et ce, à des prix com­pé­ti­tifs. En ef­fet, les four­nis­seurs d’élec­tri­ci­té vont alors pro­po­ser à leurs clients une élec­tri­ci­té qui pro­vient soit des mar­chés de gros li­quides ( le mar­ché eu­ro­péen de l’élec­tri­ci­té per­met de pro­po­ser une offre et une de­mande plus im­por­tante en vo­lume, ce qui fa­vo­rise des prix plus com­pé­ti­tifs) soit d’une bourse de l’élec­tri­ci­té ( la pla­te­forme de négociations pro­po­sée per­met une en­trée des ordres ano­nymes et opé­ra­tion­nels d’achat et de vente de l’élec­tri­ci­té).

De­puis le 7 dé­cembre 2010, tout four­nis­seur d’élec­tri­ci­té à la pos­si­bi­li­té d’ache­ter de l’élec­tri­ci­té nu­cléaire à l’opé­ra­teur his­to­rique fran­çais, EDF, à un prix ré­gu­lé, à condi­tion que cette élec­tri­ci­té soit à des­ti­na­tion de l’ali­men­ta­tion élec­trique de clients si­tués sur le ter­ri­toire fran­çais.

Dans le même temps, cer­tains ex­perts consi­dèrent que le nu­cléaire se­ra lié à l’ave­nir aux éner­gies re­nou­ve­lables, en rai­son de ses ca­rac­té­ris­tiques propres( 2) . Tou­te­fois, le nu­cléaire pour­ra­t­il ré­pondre au temps né­ces­saire pour mon­ter et bais­ser en puis­sance. C’est donc le ther­mique et l’hy­drau­lique qui fe­ront l’équi­libre et as­su­rer la du­ra­bi­li­té( 3) .

Ce­pen­dant, les éner­gies re­nou­ve­lables ( dites « éner­gies fa­tales » ) , par na­ture in­ter­mit­tentes et aléa­toires, sont in­suf­fi­santes et in­adap­tées pour rem­pla­cer le nu­cléaire ( même si le pro­blème non to­ta­le­ment ré­so­lu, de­meure ce­lui des dé­chets)( 4) .

* EN*

In this context, the mem­ber states of the Eu­ro­pean Union ( EU) are di­vi­ded about ener­gy and cli­mate le­gis­la­tion( 1). There are ma­ny dis­cre­pan­cies bet­ween the na­tio­nal le­vel and the Eu­ro­pean le­vel. Ho­we­ver, the EU in­tends to make the Eu­ro­pean elec­tri­ci­ty re­tail mar­ket more sus­tai­nable and more car­bon­neu­tral. The li­be­ra­li­za­tion of the elec­tri­ci­ty mar­ket aims to create, since 2007, an Eu­ro­pean single mar­ket in or­der to op­ti­mize the sec­tor. Thus, the cus­to­mer is of­fe­red a se­cure of­fer in terms of sup­plies, and this, at com­pe­ti­tive prices. In­deed, elec­tri­ci­ty pro­vi­ders will then of­fer to their cus­to­mers elec­tri­ci­ty from who­le­sale li­quids markets ( the Eu­ro­pean elec­tri­ci­ty mar­ket makes it pos­sible to of­fer a lar­ger sup­ply and de­mand in vo­lume, which pro­motes prices more com­pe­ti­tive) or an elec­tri­ci­ty ex­change ( the tra­ding plat­form al­lows for the en­try of ano­ny­mous and ope­ra­tio­nal or­ders for the pur­chase and sale of elec­tri­ci­ty).

Since De­cem­ber 7, 2010, any elec­tri­ci­ty sup­plier has the pos­si­bi­li­ty of pur­cha­sing nu­clear elec­tri­ci­ty from the French com­pa­ny, EDF, at a re­gu­la­ted price, pro­vi­ded that this elec­tri­ci­ty is des­ti­ned for the elec­tri­ci­ty sup­ply of cus­to­mers lo­ca­ted in the French ter­ri­to­ry.

At the same time, some ex­perts be­lieve that nu­clear po­wer will be lin­ked to re­ne­wable ener­gies in the fu­ture, due to its unique cha­rac­te­ris­tics( 2). Ho­we­ver, nu­clear po­wer will be able to meet the time nee­ded to in­crease and de­crease po­wer. It is the­re­fore the ther­mal and hy­drau­lics that will ba­lance and en­sure du­ra­bi­li­ty( 3).

Ho­we­ver, re­ne­wable ener­gies, which are by na­ture in­ter­mit­tent and ran­dom, are in­suf­fi­cient and in­ade­quate to re­place nu­clear po­wer ( even if the pro­blem is not en­ti­re­ly sol­ved, but that of waste)( 4).

( 1) Par exemple, l’ Al­le­magne a fa­vo­ri­sé les cen­trales élec­triques à char­bon et gaz afin de se dé­ta­cher du nu­cléaire ; la France pro­duit 75% de son élec­tri­ci­té avec des cen­trales nu­cléaires. Ré­cem­ment les éner­gies re­nou­ve­lables qui sont la prin­ci­pale source d’éner­gie dans les pays nor­diques sont in­tro­duites aus­si en Eu­rope conti­nen­tal; en Po­logne les cen­trales à char­bon sont en­core pri­vi­lé­giées.* EN* For example, in Ger­ma­ny coal and gas al­lo­wing the clo­sure of nu­clear elec­tri­ci­ty cen­tral; In France 75% of the pro­duc­tion of elec­tri­ci­ty are made by nu­clear cen­trals; re­ne­wable ener­gies which are the main source of ener­gy in the Nor­dic coun­tries are in­tro­duce in conti­nen­tal Eu­rope; In Po­land the coal elec­tri­ci­ty cen­trals are fa­vou­red. ( 2) Dif­fé­rences de de­gré de ma­tu­ri­té se­lon les types d’éner­gies consi­dé­rés, contrainte liée à l’ap­pro­vi­sion­ne­ment en ma­tières pre­mières, dé­con­nexion entre les lieux de pro­duc­tion et ceux de consom­ma­tion, de­gré d’ac­cep­ta­bi­li­té so­ciale…* EN* Dif­fe­rences in de­gree of ma­tu­ri­ty ac­cor­ding to the type of ener­gy consi­de­red, constraint lin­ked to the sup­ply of raw ma­te­rials, dis­con­nec­tion bet­ween places of pro­duc­tion and those of con­sump­tion, de­gree of so­cial ac­cep­ta­bi­li­ty ... ( 3) Ju­lie Mont­fort et Vi­viane du Cas­tel, Le re­nou­veau du nu­cléaire après Fu­ku­shi­ma, L’Har­mat­tan, Pa­ris, 2012.

( 4) Jean­Mi­chel Be­zat et Ber­trand d’Ar­ma­gnac, M. El Ba­ra­dei : on ne peut pas se pas­ser du nu­cléaire, Le Monde, 29 sep­tembre 2011.

En 2014­2015, les mar­chés de gros de l’élec­tri­ci­té en Eu­rope ont di­mi­nué. Dès lors, il est à no­ter une si­tua­tion de sur­ca­pa­ci­té en rai­son d’une de­mande élec­trique atone due à la crise éco­no­mique et une ca­pa­ci­té de pro­duc­tion en aug­men­ta­tion, is­sue de l’ar­ri­vée des éner­gies re­nou­ve­lables sur les ré­seaux. Dans le même ordre d’idées, le dé­ve­lop­pe­ment des Smart Grids ( ré­seaux in­tel­li­gents) de­vra fa­vo­ri­ser l’in­té­gra­tion au mar­ché com­mun de l’élec­tri­ci­té des éner­gies re­nou­ve­lables et de dé­ve­lop­per les échanges trans­fron­ta­liers d’élec­tri­ci­té. Dans ce contexte, les Smart Ci­ties ( villes in­tel­li­gentes) se dé­ve­loppent dans une op­tique d’op­ti­mi­sa­tion et d’ef­fi­ca­ci­té éner­gé­tique.

Les ré­seaux élec­triques, vont dans les pro­chaines an­nées, être de plus en plus connec­tés et in­ter­ac­tifs. Cette évo­lu­tion va fa­vo­ri­ser un rap­pro­che­ment des ter­ri­toires grâce à une pro­duc­tion dé­cen­tra­li­sée. Dans ce cadre, la MDE ( Maî­trise de la de­mande éner­gé­tique) va s’ac­croître grâce à l’im­pli­ca­tion des pro­su­ma­teurs ( consom­ma­teurs de­ve­nant pro­duc­teurs d’élec­tri­ci­té). À titre illus­tra­tif, cer­tains four­nis­seurs d’élec­tri­ci­té se po­si­tionnent sur le seg­ment de « l’élec­tri­ci­té éthique » , en pro­po­sant à leurs clients, une élec­tri­ci­té 100 % re­nou­ve­lable( 5) , orien­tée sur une im­pli­ca­tion ci­toyenne et lo­cale(**).

Une telle si­tua­tion a été fa­vo­ri­sée par la dé­ré­gu­la­tion des mar­chés de l’élec­tri­ci­té. Les mar­chés peer­to­peer ( égal à égal) vont sans doute ain­si être ame­nés à évo­luer vers un dé­con­ges­tion­ne­ment lo­cal et adap­té des ré­seaux élec­triques au ni­veau in­ter­ré­gio­nal. Le Di­gi­tal La­bor fa­vo­rise ain­si un re­dé­ploie­ment des ré­seaux in­tel­li­gents vers une pro­duc­tion plus dé­cen­tra­li­sée. Dans ce contexte, les clients ac­cèdent di­rec­te­ment à la chaîne de valeur du sys­tème élec­trique( 6) .

Le mar­ché des bat­te­ries va aug­men­ter et la pro­duc­tion va être gé­rée grâce au nu­mé­rique( 7) pour que les ré­seaux puissent al­ler dans les deux sens( 8) . Ac­tuel­le­ment, sont en dé­ve­lop­pe­ment des bat­te­ries de sto­ckage et des bat­te­ries de se­conde vie ( Ex. : Nis­san Re­nault à Is­sy­les­Mou­li­neaux) qui sont en­core au stade ex­pé­ri­men­tal. De nou­velles ins­tal­la­tions sont do­rénavant obli­ga­toires dans le cadre de la loi sur la tran­si­tion éner­gé­tique ( Ex. : barres de re­char­ge­ment in­cor­po­rées dans le bâ­ti neuf ; au­to­par­tage ; créa­tion d’un cor­ri­dor eu­ro­péen ( entre Gi­bral­tar et Tal­linn) pour le re­char­ge­ment des vé­hi­cules élec­triques sur la route, etc.)( 9) .

* EN*

In 2014­2015, who­le­sale elec­tri­ci­ty markets in Eu­rope de­crea­sed. As a re­sult, there is a si­tua­tion of over­ca­pa­ci­ty due to slug­gish elec­tri­ci­ty de­mand due to the eco­no­mic cri­sis and an in­crea­sing pro­duc­tion ca­pa­ci­ty re­sul­ting from the ar­ri­val of re­ne­wable ener­gies on the grids. Si­mi­lar­ly, the de­ve­lop­ment of smart grids will have to pro­mote the in­te­gra­tion of elec­tri­ci­ty from re­ne­wable ener­gies in­to the com­mon mar­ket and to de­ve­lop cross­bor­der elec­tri­ci­ty ex­changes. In this context, Smart Ci­ties are de­ve­lo­ping ta­king in­to ac­count an op­ti­mi­za­tion and ener­gy ef­fi­cien­cy.

Po­wer grids, going in the co­ming years, be more and more connec­ted and in­ter­ac­tive. This evo­lu­tion will fa­vor a rap­pro­che­ment of the ter­ri­to­ries through a de­cen­tra­li­zed pro­duc­tion. In this context, the Control of ener­gy de­mand will in­crease by the in­vol­ve­ment of the pros­pec­tive. By way of illus­tra­tion, some elec­tri­ci­ty sup­pliers are po­si­tio­ning them­selves in the "ethi­cal elec­tri­ci­ty" seg­ment, of­fe­ring their cus­to­mers 100% re­ne­wable elec­tri­ci­ty ( 5), gea­red to­wards ci­ti­zen and lo­cal in­vol­ve­ment. This has been fa­vo­red by the de­re­gu­la­tion of elec­tri­ci­ty markets. The peer­to­peer markets will no doubt thus be led to evolve to­wards lo­cal de­con­ges­tion and adap­ted elec­tri­ci­ty net­works at the in­ter­re­gio­nal le­vel. The Di­gi­tal La­bor thus fa­vors a re­de­ploy­ment of in­tel­li­gent net­works to­wards a more de­cen­tra­li­zed pro­duc­tion. In this context, cus­to­mers gain di­rect ac­cess to the va­lue chain of the elec­tri­cal sys­tem ( 6).

The mar­ket of bat­te­ries will in­crease and the pro­duc­tion will be ma­na­ged by the di­gi­tal ( 7) so that the net­works can go in both di­rec­tions ( 8). At the present time, sto­rage bat­te­ries and se­cond­ge­ne­ra­tion bat­te­ries ( eg Nis­san Re­nault in Is­sy­les­Mou­li­neaux) are still in the ex­pe­ri­men­tal stage. New ins­tal­la­tions are now com­pul­so­ry un­der the Ener­gy Tran­si­tion Act ( eg re­char­ging bars in­cor­po­ra­ted in new buil­dings, car­sha­ring, crea­tion of a Eu­ro­pean cor­ri­dor ( bet­ween Gi­bral­tar and Tal­linn) for the re­char­ging of elec­tric ve­hicles on The road, etc.) ( 9).

Dans ces condi­tions, si rien ne change sur le ré­seau, le coût du­dit ré­seau va aug­men­ter ain­si que les ta­rifs pour les consom­ma­teurs. De plus, il va fal­loir re­cou­rir à des éner­gies d’ap­point, qui sont car­bo­nées ( ex.: Al­le­magne avec le char­bon).

Dans le même temps, les pro­blé­ma­tiques de sto­ckage de­vront être ré­so­lues afin de per­mettre un ac­crois­se­ment de la per­for­mance et de la du­ra­bi­li­té de l’en­semble de la chaîne de valeur du sys­tème élec­trique.

Si la ten­dance du sec­teur élec­trique s’oriente vers la dé­car­bo­ni­sa­tion, les pro­blèmes in­duits, par les fai­blesses in­trin­sèques des éner­gies re­nou­ve­lables, ne sont pas pour autant tou­jours ré­so­lus. En ef­fet, la vo­la­ti­li­té de la pro­duc­tion en­gendre des ca­pa­ci­tés li­mi­tées d’élec­tri­ci­té. De plus, afin de ré­duire les im­pacts de l’in­ter­mit­tence des éner­gies re­nou­ve­lables, le sto­ckage de­vrait se dé­ve­lop­per afin de li­mi­ter les ef­fets né­fastes de la va­ria­bi­li­té ( pro­duc­tion­sto­ckage­res­ti­tu­tion d’éner­gie)( 10) .

Le mar­ché de l’élec­tri­ci­té concerne les ac­teurs du mar­ché, à tous les stades de la chaîne de va­leurs : pro­duc­tion, échange, consom­ma­tion, uti­li­sa­tion des in­fra­struc­tures. Le mar­ché eu­ro­péen de l’élec­tri­ci­té fa­vo­rise une op­ti­mi­sa­tion des modes de consom­ma­tion qui sont très hé­té­ro­gènes se­lon les pays et se­lon les pé­riodes ( hi­ver/ été). Tou­te­fois, ils sont por­teurs de nom­breuses op­por­tu­ni­tés pour le mar­ché eu­ro­péen de dé­tail de l’élec­tri­ci­té( 11) : « flui­di­té des échanges entre les pays ; har­mo­ni­sa­tion à terme des in­ter­con­nexions ; dé­con­cen­tra­tion du mar­ché ; sou­plesse des tran­sac­tions sur les mar­chés de gré à gré, sans coût d’en­trée » .

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Un­der these condi­tions, if no­thing changes on the net­work, the cost of the net­work will in­crease as well as the ta­riffs for consu­mers. In ad­di­tion, it will be ne­ces­sa­ry to use ex­tra ener­gy, which is car­bon­ba­sed ( eg Ger­ma­ny with coal).

At the same time, sto­rage is­sues will need to be ad­dres­sed in or­der to in­crease the per­for­mance and sus­tai­na­bi­li­ty of the en­tire va­lue chain of the elec­tri­cal sys­tem.

While the trend of the elec­tri­ci­ty sec­tor is to­wards de­car­bo­ni­sa­tion, the pro­blems cau­sed by the in­trin­sic weak­nesses of re­ne­wable ener­gies are not al­ways re­sol­ved. In­deed, the vo­la­ti­li­ty of pro­duc­tion ge­ne­rates li­mi­ted ca­pa­ci­ty of elec­tri­ci­ty. Mo­reo­ver, in or­der to re­duce the im­pacts of in­ter­mit­tent re­ne­wable ener­gies, sto­rage should be de­ve­lo­ped in or­der to li­mit the ad­verse ef­fects of va­ria­bi­li­ty ( ener­gy pro­duc­tion­sto­ra­ge­re­turn) ( 10).

The elec­tri­ci­ty mar­ket concerns mar­ket players at all stages of the va­lue chain: pro­duc­tion, ex­change, con­sump­tion, use of in­fra­struc­ture. The Eu­ro­pean elec­tri­ci­ty mar­ket fa­vors an op­ti­mi­za­tion of con­sump­tion pat­terns, which are ve­ry he­te­ro­ge­neous in dif­ferent coun­tries and per­iods ( win­ter / sum­mer). Ho­we­ver, they of­fer ma­ny op­por­tu­ni­ties for the Eu­ro­pean elec­tri­ci­ty re­tail mar­ket ( 11): "flui­di­ty of trade bet­ween coun­tries; Term har­mo­ni­za­tion of in­ter­con­nec­tions; De­con­cen­tra­tion of the mar­ket; Flexi­bi­li­ty of tran­sac­tions in OTC markets, wi­thout en­try fees ".

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