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Vers l'autonomie énergétique en ZNI à l’horizon 2030 – La Réunion - Rapport fin

Vers l'autonomie énergétique en ZNI à l’horizon 2030 – La Réunion - Rapport final | PAGE 1 VERS L'AUTONOMIE ENERGETIQUE EN ZONE NON INTERCONNECTEE A L’HORIZON 2030 En partenariat avec : Rapport final d’étude pour l’île de La Réunion Vers l'autonomie énergétique en ZNI à l’horizon 2030 – La Réunion - Rapport final | PAGE 2 Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (art. L 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (art. 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé de copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d’information de l’œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 à L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie. Ce document est diffusé par l’ADEME 20, avenue du Grésillé BP 90406 | 49004 Angers Cedex 01 Numéro de contrat : 1505C0003 Étude réalisée pour le compte de l'ADEME par : Artelia: David CHOTARD - Thibaut LEFILLATRE Enerdata: Nicolas MAIRET Ordecsys: Frederic BABONNEAU - Alain HAURIE Coordination technique - ADEME : Stéphane BISCAGLIA Direction/Service : Service Réseaux et Energies Renouvelables Vers l'autonomie énergétique en ZNI à l’horizon 2030 – La Réunion - Rapport final | PAGE 3 Résumé En complément de l’exercice de prospective énergétique réalisée en 2012 par l’ADEME « Visions 2030- 2050 », de l’étude « Un mix électrique 100% renouvelable ? Analyses et optimisations » conduite sur le territoire métropolitain en 2015, et suite à la loi de transition énergétique fixant un objectif d’autonomie énergétique à 2030 aux Zones Non Interconnectées (ZNI), l’ADEME souhaite traiter de manière approfondie les problématiques liées au développement massif d’énergies variables et météo-dépendantes sur les ZNI. Dans un contexte insulaire ou faiblement interconnecté, pour lequel les coûts d’approvisionnement en électricité sont supérieurs à ceux de la métropole, et ou le plafond de puissance ENR variable sur le réseau électrique est déjà atteint, autorisant l’opérateur de réseau à déconnecter certaines installations ENR quelques heures par an, les enjeux induits par un développement massif des ENR électrique sur l’équilibre offre-demande et la stabilité du réseau sont en effet particulièrement importants. L’objectif de la présente étude est donc d’évaluer les implications techniques, organisationnelles et économiques qu’aurait un mix électrique très fortement renouvelable dans les territoires non interconnectés à l’horizon 2030. Ces éléments pourront alors fournir un éclairage en vue des révisions de la PPE. On montre ainsi que : • Un mix électrique 100% ENR est possible à La Réunion tout en satisfaisant l’ensemble de la demande électrique à tout instant – équilibre offre demande – moyennant un recours significatif à des capacités de stockage. • En cas de conversion en tout électrique des véhicules terrestres, la quasi-totalité des potentiels, définis ici comme accessibles, devraient alors être exploités, pointant ainsi la fragilité d’une telle situation impliquant un important travail de maitrise de l’énergie multisectoriel. • Quel que soit le scénario étudié, le rôle des centrales diesel existantes est fortement réduit à partir de 2025, et ce, y compris en intégrant les services réseaux qu’elles assurent. • La trajectoire vers l’autonomie énergétique voulue par la loi, appelle une adaptation rapide des équipements de régulation du réseau électrique afin d’intégrer les nouveaux moyens de production décentralisés, et ce même dans un contexte d’évolution tendanciel du système électrique. • Les scénarios à fort taux d’ENR s’accompagnent d’une baisse des coûts (LCOE moyen du parc) de l’énergie produite. • Testé sur trois points de fonctionnement délicats, un tel système électrique peut rester stable face à des incidents significatifs. Néanmoins, en raison des hypothèses simplificatrices prises pour la modélisation du réseau, ce résultat, bien qu’encourageant, ne permet pas de conclure à une stabilité et une sécurité assurée sur le système réel dans toutes les conditions de fonctionnement. Vers l'autonomie énergétique en ZNI à l’horizon 2030 – La Réunion - Rapport final | PAGE 4 Table des matières Résumé ............................................................................................................................... 3 Table des matières ............................................................................................................. 4 Préambule ........................................................................................................................... 7 1. Contexte du projet .................................................................................................... 7 2. Apports limites de l’étude ........................................................................................ 8 3. Méthodologie générale du projet ............................................................................. 9 4. Modélisation et projection de la demande électrique ............................................. 9 4.1. Méthodologie du modèle MedPro............................................................................................ 9 4.2. Reconstitution de la demande d’électricité ............................................................................ 11 4.3. Reconstitution de la courbe de charge et de sa composition ................................................ 12 5. Evaluation des potentiels ENR............................................................................... 13 5.1. Cadre général ........................................................................................................................ 13 5.2. Filière photovoltaïque ............................................................................................................ 14 5.3. Filière éolien .......................................................................................................................... 17 5.4. Filière hydroélectricité ............................................................................................................ 20 5.5. Filière biomasse / déchets ..................................................................................................... 23 5.6. Filière géothermique profonde............................................................................................... 26 5.7. Filière énergies marines renouvelables ................................................................................. 28 5.8. Synthèse de l’offre technologique ......................................................................................... 32 6. Modélisation et optimisation du système électrique ............................................ 36 6.1. Données d’entrée .................................................................................................................. 36 6.2. Modèle d’optimisation du système électrique – ETEM ......................................................... 36 6.3. Modèle électrotechnique du système électrique – PowerFactory ......................................... 45 7. Elaboration des scénarios prospectifs .................................................................. 50 7.1. Définition des jeux de données pour chaque scénario ......................................................... 50 7.2. Contexte ................................................................................................................................ 50 7.3. Potentiels ENR ...................................................................................................................... 56 7.4. Stockage d’énergie ................................................................................................................ 57 7.5. Synthèse des projections de coût ......................................................................................... 62 8. Résultats techniques des optimisations ............................................................... 63 8.1. Scénario « Tendanciel » ........................................................................................................ 64 8.2. Scénario « Avantage Thermique » ........................................................................................ 66 8.3. Scénario « Avantage Technologique » ................................................................................. 68 8.4. Scénario « Tous Feux Verts » ............................................................................................... 70 8.5. Scénario « Vers l’Autonomie Energétique » .......................................................................... 72 Vers l'autonomie énergétique en ZNI à l’horizon 2030 – La Réunion - Rapport final | PAGE 5 8.6. Synthèse des résultats techniques d’optimisation................................................................. 74 8.7. Analyse des scénarios par filière de production .................................................................... 75 8.8. Analyse détaillée des systèmes électriques à 2030 .............................................................. 82 8.9. Validation du plan de production en 2030 ............................................................................. 85 8.10. Bilan des émissions directes de GES de la production d’électricité...................................... 89 9. Etudes statiques et dynamiques du bon fonctionnement des systèmes électriques ............................................................................................................. 91 9.1. Choix des points de fonctionnement ..................................................................................... 91 9.2. Etudes statiques et détail des renforcements du réseau ...................................................... 94 9.3. Analyse de la stabilité du système électrique optimisé ......................................................... 95 10. Analyse économique .............................................................................................. 99 10.1. Définition et calcul des coûts ................................................................................................. 99 10.2. Résultats et analyse économique ....................................................................................... 102 10.3. Comparaison des scénarios ................................................................................................ 111 10.4. Synthèse .............................................................................................................................. 118 11. Rentabilité des installations et analyse qualitative de la mutation des règles d'exploitation du SE ................................................................................ 122 12. Conclusions .......................................................................................................... 125 12.1. Un mix électrique 100% ENR à La Réunion est possible ................................................... 125 12.2. Une baisse attendue des coûts de l’énergie produite ......................................................... 125 12.3. Un système électrique 100% ENR peut rester stable face à des incidents significatifs ..... 126 Références bibliographiques ......................................................................................... 127 Index des tableaux ......................................................................................................... 130 Index des figures ............................................................................................................ 132 Sigles et acronymes ....................................................................................................... 136 Vers l'autonomie énergétique en ZNI à l’horizon 2030 – La Réunion - Rapport final | PAGE 6 ANNEXES Modélisation et projection de la demande électrique ......................................... 137 1.1 Données sources .................................................................................................... 137 1.2 Hypothèses fines .................................................................................................... 138 1.3 Reconstruction de la demande 2015 aux PS .......................................................... 140 Evaluation des potentiels ENR............................................................................. 142 2.1 Filière photovoltaïque .............................................................................................. 142 2.2 Filière éolienne........................................................................................................ 159 2.3 Filière hydroélectricité ............................................................................................. 169 2.4 Filière biomasse / déchets ...................................................................................... 176 2.5 Filière géothermique profonde ................................................................................ 185 2.6 Filière énergies marines renouvelables ................................................................... 188 Modélisation et optimisation du système électrique .......................................... 194 3.1 Formulation mathématique du modèle ETEM ......................................................... 194 3.2 Modélisation des technologies ................................................................................ 197 3.3 Validation du plan de production en 2030 ............................................................... 198 Modèle électrotechnique et résultats des études de stabilité du système ....... 209 4.1 Modélisation générale du réseau de transport......................................................... 209 4.2 Modélisation des charges agrégées par poste source............................................. 210 4.3 Modélisation des centrales hydroélectriques et thermiques .................................... 211 4.4 Modélisation des Générateurs statiques ................................................................. 213 4.5 Etudes statiques et dynamiques du bon fonctionnement des systèmes électriques ............................................................................................................. 216 4.6 Etudes statiques ..................................................................................................... 218 4.7 Etudes dynamiques ................................................................................................ 219 Analyses économiques ........................................................................................ 241 5.1 Données sources du calcul économique ................................................................. 241 5.2 Méthodologie de calcul des coûts ........................................................................... 246 5.3 Contributions des technologies au mix électrique et LCOE associés ...................... 250 Vers l'autonomie énergétique en ZNI à l’horizon 2030 – La Réunion - Rapport final | PAGE 7 Préambule Le travail présenté ici met en jeu un grand nombre de données, d’hypothèses et de modèles mathématiques. Afin de rendre plus abordable la lecture de ce document nous avons pris le parti de le scinder en deux niveaux de détails. La partie principale, décrit les grands axes, méthodologiques, les hypothèses structurantes des scénarios prospectifs, les résultats des optimisations-simulations ainsi que leur analyse économique. Dans la partie annexe, le lecteur souhaitant approfondir sa vision du travail retrouvera le détail de l’ensemble des hypothèses, méthodes de calcul et résultats de simulation. 1. Contexte du projet En complément de l’exercice de prospective énergétique réalisée en 2012 par l’ADEME « Visions 2030- 2050 », de l’étude « Un mix électrique 100% renouvelable ? Analyses uploads/Management/ autonomie-energetique-zni-horizon-2030-lareunion-2019.pdf