Energie-environnement et technologies de l’offre: prospective 2050 avec le modèle POLES

1. Energie-environnementet technologies de l’offre:prospective 2050 avec le modèle POLES

2. La problématique développement énergétique / contrainte environnementale, horizon 2030La problématique à 2050:prise en compte des innovations radicalesBase de Données Techs-DB pour la modélisation et l’aide à la décision (Projet EMAD du Prog Ener)Résultats préliminaires 2050: H2 et CSCFacteur 4 et Peak Oil, quelques indications préliminaires

3. La problématique développement énergétique / contrainte environnementale, horizon 2030La problématique à 2050:prise en compte des innovations radicalesBase de Données Techs-DB pour la modélisation et l’aide à la décision (Projet EMAD du Prog Ener)Résultats préliminaires 2050: H2 et CSCFacteur 4 et Peak Oil, quelques indications préliminaires

4. POLES : Large scale power technologies

5. POLES : New and Renewable technologies

6. La « courbe d ’apprentissage à deux facteurs » (TFLC) dans POLES • Dans POLES la courbe d ’apprentissage conventionnelle: COST = A * CUMCAP-b • est remplacée par une courbe deux facteurs ... Intégrant aussi la recherche cumulée (publique et privée): COST = A * CUMCAP-b * (CGERD+CBERD)-c avec variable éxogène variableendogène

7. Analyse des budgets de R&D Energie selon l’AIE

8. 2.4 G$ - 74 % of NCEP 2010 proposal 400 M$/yr 550 M$/yr 200 M$/yr 300 M$/yr 200 M$/yr 300 M$/yr 450 M$/yr Four key technology portfolios (From J. Pershing, IFRI-RFF seminar, March 2003)

9. La problématique développement énergétique / contrainte environnementale, horizon 2030La problématique à 2050:prise en compte des innovations radicalesBase de Données Techs-DB pour la modélisation et l’aide à la décision (Projet EMAD du Prog Ener)Résultats préliminaires 2050: H2 et CSCFacteur 4 et Peak Oil, quelques indications préliminaires

10. IPTS Modèles Détaillés Changements structurels (WETO-H2 …) Technologies (Facteur 4 …) H2 + CCS TRANSPORT Véh. TBE Urbanisation Bat. TBE SIDERURGIE ULCOS Transmater. Des innov ations incrémentales aux innovations radicales et changemts. struct. Scénarios: Référence Stabilisation Modèle POLES 2030-2050

11. 11 Hydrogen technologies 2 x 2 End-use technologies • Hydrogen Fuel-Cells for stationary uses (+Natural Gas FC) HFC, GFC • Hydrogen Fuel-Cell Vehicles (+Methanol FCV), FCVH, FCVM 10 H2 Production technologies • Hydrogen from Gas Steam Reforming GSR • Gas Steam Reforming with CO2 Sequestration GSS • Coal Partial Oxidation CPO • Coal Partial Oxidation with CO2 Sequestration CPS • Biomass Pyrolysis BPY • Solar High-temp. Thermochemical cycles SHT • Nuclear High-temp. Thermochemical cycles NHT • Water Electrolysis, dedicated Nuclear power plant WEN • Water Electrolysis, dedicated Wind power plant WEW • Water Electrolysis, baseload electricity from Grid WEG

12. 5 Carbon Capture & Sequestration options Electricity technologies • PFC + CCS => PSS Pulverized fuel Supercritical with CCS • ICG + CCS => CGS Integrated Coal Gasification with CCS • GGC + CCS => GGS Gas powered Gas turbine in combined cycle with CCS Hydrogen technologies • GSR+CCS => GSS Gas Steam reforming with CCS • CPO+CCS => CPS Coal Partial oxidation with CCS

13. Les véhicules TBE (Très Basse Energie)

14. Parts de marché des différentes technologies TBE dans le Transport - France

15. Les batiments TBE (Très Basse Energie) • Secteur résidentiel-tertiaire, création de 3 types de bâtiments: • Standard = moyenne des consommations du pays/région avec progrès technique • Basse Consommation (neuf et réhabilitation thermique), 50 % de la consommation standard • Très Basse Consommation (neuf), 1/3 de la consommation standard dans les régions en développement, 1/4 dans les pays industrialisés • Diffusion en fonction du “retour sur investissement” de l’économie réalisée • Sous contrainte de renouvellement des parcs

16. Parts de marché des bâtiments TBE dans le résidentiel - France

17. La problématique développement énergétique / contrainte environnementale, horizon 2030La problématique à 2050:prise en compte des innovations radicalesBase de Données Techs-DB pour la modélisation et l’aide à la décision (Projet EMAD du Prog Ener)Résultats préliminaires 2050: H2 et CSCFacteur 4 et Peak Oil, quelques indications préliminaires

18. Techs-DB: vers une harmonisation des évaluations de coût des technologies Observé ? Des écarts importants

19. Techs-DB, coûts de référence de l’électricité: du bi- au tri-dimensionnel invest. / combust. / valeur du C

20. Techs-DB, la quatrième dimension: fondamentaux de la production d’hydrogène

21. L’observatoire des technologies énergétiques • Dans le cadre du programme Energie du CNRS et du projet de maison de l’énergie de l’INPG • L’Observatoire des technologies énergétiques abritera la base Techs-DB du LEPII-EPE • Visant à rassembler les informations de coût et de performance sur une cinquantaine de technologies génériques

22. La problématique développement énergétique / contrainte environnementale, horizon 2030La problématique à 2050:prise en compte des innovations radicalesBase de Données Techs-DB pour la modélisation et l’aide à la décision (Projet EMAD du Prog Ener)Résultats préliminaires 2050: H2 et CSCFacteur 4 et Peak Oil, quelques indications préliminaires

23. La production d’Hydrogène • La contrainte carbone (en €/tCO2) sera déterminante pour la compétitivité des différentes options de production, la production à partir des fossiles implique la séquestration • L’option Gaz ne devrait être que transitoire (prix du gaz) • Resteraient en compétition les options Charbon + CSC, Biomasse, Eolien et Nucléaire dédié (de 600 €/toe à 400 en 2050 ? NB: 50 $/bl = 350 €/toe) • Aux USA les « roadmaps » ne font apparaître que les deux premières options, mais annonces / Electrolyse à Haute Température avec Nucléaire

24. Le transport • Ramené à la tep, le coût de transport pourrait représenter de 25 à 50 % du coût de production (en 2050) • La difficulté est d’enclencher le cercle vertueux des « rendements croissants » (les réseaux élec. et gaz ont été développés dans un environnement dit de « monopole naturel ») • Le problème est donc celui du financement d’une nouvelle infrastructure de réseau dans un environnement institutionnel libéralisé, avec coûts initiaux élevés mais décroissants

25. Scénarios pour l’hydrogène (WETO-H2) • L’hydrogène devra relever deux défis: • celui de l’apport d’une véritable valeur ajoutée / élec • celui de la construction d’une infrastructure lourde (10s G$) en univers incertain … et libéralisé • Pour la production deux scénarios sont possibles: • Le scénario américain (et chinois) de la production par centrale charbon avec CSC (électricité chère, avantage de cogen distribuée sans CO2) • Le scénario européen « RENUC » électricité bon marché mais H2 stockage dans le complexe électrique (décentralisé ? centralisé saisonnier ?) • L’Hydrogène se développera-t-il ? Peut-on imaginer une cohabitation des différentes voies: • C aux US, Chine, Inde • NUC en F, EurEst, Chine REN dans reste Europe • Ou au contraire un seul modèle dominant ???

26. La problématique développement énergétique / contrainte environnementale, horizon 2030La problématique à 2050:prise en compte des innovations radicalesBase de Données Techs-DB pour la modélisation et l’aide à la décision (Projet EMAD du Prog Ener)Résultats préliminaires 2050: H2 et CSCFacteur 4 et Peak Oil, quelques indications préliminaires

27. POLES : Processus de découverte Pétrole et Gaz • Ressources Récup. ULtimes= Pétrole en place X Taux de Récup. • Les découvertes, fonction à rendement décroissant de l ’effort de forage • Réserves = Découvertes - Production Cumulée • Prix du pétrole = f(Réserves/Production) • Pétroles non conventionnels = f(prix petr)

28. Référence 2050: retour du charbon, pics pétrolier et gazier • Dans le scénario de référence, la tension croissante sur les hydrocarbures se traduit par un prix de 60 $/bl en 2050

29. Les profils S550 et S650 tous gaz (S450-S550 CO2) dans l’étude GRP pour la DG ENV • En 2050, les réductions d’émission atteignent respectivement 35 et 60 % par rapport à la référence IMAGE 2.2

30. Les dotations internationales de droits d’émission à 2050 • Pour les profils globaux de l’étude GRP et des dotations « Multi-Stage », on peut retenir les ordres de grandeur suivants :

31. 550e-F4 : Impacts sur la consommation mondiale d’énergie • La consommation primaire mondiale passe de 24 (Ref) à 12 Gtep • Près des deux tiers de l’approv. sont assurés par les renouvelables et le nucléaire

32. La séquestration se généralise dans la production d’électricité entre 2020 et 2030

33. Fundamentals of electricity costs from Techs-DB

34. Consommation mondiale de liquides

35. Les transitions énergétiques: propos d’étape • Au-delà de 2020-2030, la poursuite du développement énergétique imposera des innovations radicales • Il est certain que les solutions feront appel à quatre clusters: 1/ technologies TBE, Très Basse Energie 2/ Energies Renouvelables 3/ Nucléaire III et IV 4/ H2 et/ou Elec avec séquestration • A l’intérieur des clusters il est impossible aujourd’hui de sélectionner les gagnants (pick the winners) • Trois transitions se superposeront, en interdépendance dynamique: 1/ Peak Oil 2/ Stabilisation GES 3/ Matériaux fissiles • L’enjeu pour la recherche et de tenter d’appréhender les dynamiques relatives de progrès technique et de contrainte de ressource/émission