Résumé
Faute de savoir la stocker, la production électrique doit être à chaque
instant exactement identique à la
consommation, laquelle est très variable, alors que les moyens de production
sont limités et que les prix sont très élevés pendant les pointes.
La tarification variable existe pour de
nombreux produits ou services : transports aériens et ferroviaires,
spectacles et compétitions, hôtels, restaurants, locations saisonnières. Le « yield management » ainsi pratiqué
permet d’utiliser les capacités disponibles grâce à un prix bas, et d’écrêter
les demandes excédentaires par un prix élevé, selon la loi « de l’offre et
de la demande ».
Ce système serait particulièrement bien
adapté à l’énergie électrique dont les capacités de production sont limitées, et
dont les coûts croissent très vite avec les fortes consommations.
Or les tarifs actuels comportent des
prix très peu différenciés, sauf le tarif Tempo dont les paliers sont très
différenciés, mais ne collent pas à la réalité d’une demande fluctuant beaucoup
plus rapidement.
Nous préconisons un tarif à 13 échelons
en progression de 20% par intervalle, qui apporterait une ouverture des prix
analogue au Tempo, mais avec fixation de l’échelon par tranche uni-horaire, et prévision
sur 24 heures plus 6 jours permettant à la fois :
- des éliminations de consommation, familièrement appelées « négawatts », par réduction de certaines consommations (chauffage, certains éclairage) selon le niveau de l’échelon horaire,
- des décalages de consommation hors des pointes par anticipation ou report, que nous baptisons « décalwatts », notamment pour l’eau chaude, l’électroménager, les recharges de batteries d’appareils ou demain de véhicules.
L’exploitation du tarif et des
prévisions serait réalisée par des pilotes,
souvent intégrés dans les appareils, pouvant aller du plus simple (commutation
en fonction de l’échelon) au plus sophistiqué, utilisant l’intelligence
numérique pour exploiter au mieux les prévisions en relation avec les
caractéristiques de l’appareil piloté.
Une tarification
par région (à l’intérieur de règles communes) permettrait de prendre en
compte les conditions météorologiques parfois très différentes entre régions,
et de sensibiliser ces régions à la nécessité d’accueillir des infrastructures
de production et de distribution.
Les projets de « smart grids » (réseaux
intelligents) comportent en plus la gestion de la production décentralisée
d’énergie, qui pour sa majeure partie n’existe que grâce à des subventions dont
la pérennité est incertaine. Pour réduire les émissions de CO2, il est beaucoup plus important de développer des « décalwatts »
par l’intelligence numérique et d’aboutir rapidement à des résultats significatifs,
rapides et peu coûteux.
Exposé
Production ≡ consommation
La problématique
majeure de la production et de la distribution électrique se trouve dans la
nécessité absolue de faire coïncider la
production et la consommation à chaque instant.
Nous avons déjà
abordé ce sujet dans de nombreux messages de notre blog, et notamment :
Résumons les en
rappelant que la seule manière de stocker de l’énergie autre que fossile à
l’échelle d’un réseau est l’utilisation de centrales
hydrauliques réversibles à haute chute, dites STEP (Station de Transfert d’Energie par Pompage) qui consomment
de l’énergie électrique quand la consommation est faible et la restituent avec
un rendement acceptable, de l’ordre de 80% pendant les pointes de consommation.
Voir à ce sujet :
Document « Usine Nouvelle »
L’idée, déjà
ancienne, du stockage de l’énergie électrique sous forme d’hydrogène obtenu par électrolyse de l’eau, et de sa restitution
sous forme thermique (moteur ou turbine à gaz, ou après méthanisation) ou
électrochimique (pile à combustible), avec un rendement très médiocre et un
stockage problématique, est au mieux une perspective à très long terme qui
débouche sur un prix extrêmement élevé de l’énergie restituée. Voir nos
messages à ce sujet :
Une nouvelle idée
consiste à utiliser demain les batteries
des véhicules électriques en charge / décharge comme un tampon régional
entre la capacité de production et la consommation.
Photo Toyota (Prius
plug-in)
Elle se heurte à de
nombreux problèmes :
- L’utilisateur peut avoir besoin d’une charge sans délai : la totalité des véhicules connectés ne sera pas disponible.
- Le cyclage des batteries réduit leur durée de vie, puisque celle-ci s’exprime principalement en en nombre de cycles : ce facteur, prépondérant sur le coût moyen de l’énergie électrique, doit être compensé par une tarification très élevée de l’énergie restituée
- Un chargeur réversible est beaucoup plus cher et compliqué qu’un chargeur unidirectionnel, et son rendement, s’ajoutant à celui de la batterie, est loin de 100%.
Pour ces raisons,
cette solution ne semble pas beaucoup plus réaliste que les précédentes.
La commercialisation
de produits ou services dont la quantité disponible est limitée, est quelque
chose d’assez banal. Citons des exemples très variés :
- Les transports aériens et ferroviaires qui offrent des billets à bas prix quand la demande est faible, cherchant ainsi à remplir les avions ou trains, et augmentent beaucoup ce prix aux périodes de forte affluence afin de limiter une demande qu’ils ne peuvent satisfaire, tout en améliorant leurs marges. Ceci a largement contribué à la baisse considérable des tarifs les plus bas pour un trajet déterminé, car ceux-ci se rapprochent du coût variable : mieux vaut remplir un train ou un avion à très bas prix que de le faire rouler ou voler vide !
- Les spectacles ou compétitions sportives, qui attirent plus de spectateurs que la salle ou les tribunes ne peuvent en accueillir, voient leurs prix s’envoler.
- De nombreux tronçons d’autoroutes ont désormais des péages variables, plus élevés en forte affluence et inversement, ce qui permet à la fois de réduire les encombrements aux heures de pointe, et de réduire les prix aux heures creuses. Et pourtant, le coût d’une autoroute, largement constitué d’amortissements, dépend peu du trafic.
- En raison des voyages d’affaires le plus souvent du lundi au vendredi, les hôtels, notamment dans les grandes villes, peinent à remplir leurs chambres pendant 3 nuits du week-end, et affichent donc souvent des prix plus bas.
- Les restaurants de luxe, plus fréquentés en soirée, remplissent fréquemment leurs salles en proposant, à midi uniquement, des « formules » ou « menus affaires » 30 à 50% moins chers que le soir.
- Les locations saisonnières varient couramment dans un facteur 4 ou 5 entre haute et basse saison.
Application à l’énergie électrique
Par surcroît aux
exemples précédents, le prix de revient de l’énergie électrique est éminemment
variable selon sa filière de production. Résumons leur situation dans le
tableau ci-dessous qui donne pour chacune une évaluation sommaire des coûts
variable et complet du MWh, et de la maîtrise de l’opérateur sur leur
production.
Filière
|
Coût direct variable
|
Coût complet
|
Taux maximum utilisation
|
Maîtrise de la produc.
|
Temps disponib. ou prévision
de la production
|
Thermique gaz
|
Elevé
|
Elevé
|
100%
|
100%
|
Dispon.
imméd.
|
Thermique charbon
|
Elevé
|
Elevé
|
100%
|
90%
|
Dispon.
1 heure
|
Nucléaire
|
Bas
|
Moyen
|
100%
|
80%
|
Disp.
qq. heures
|
Hydraul. hte chute révers.
|
Nul
|
Bas
|
Faible
|
120%
|
Dispon.
imméd.
|
Hydraulique haute chute
|
Nul
|
Bas
|
Faible
|
100%
|
Disponi.
imméd.
|
Hydraulique éclusée
|
Nul
|
Bas
|
Variable
|
50%
|
Prévis.
qq.jours
|
Hydraulique au fil de l’eau
|
Nul
|
Moyen
|
Variable
|
0%
|
Prévis.
qq.jours
|
Eolien terrestre + offshore
|
Nul
|
Très
élevé
|
Faible
|
0%
|
Prévis.
qq. heures
|
Photovoltaïque
|
Nul
|
Très
élevé
|
Faible
|
0%
|
Prév.
qq. hrs/min.
|
Marémotrice – Hydrolien.
|
Nul
|
Extr.
élevé
|
Faible
|
0%
|
Totalt.
prévisible.
|
Coût direct variable : il résulte de l’écart de coût entre une
centrale qui produit et une centrale au repos. C’est donc en principe le critère économique à prendre
en compte pour utiliser une filière
plutôt qu’une autre (sauf dispositions législatives contraires…).
Toutes les filières
utilisant les éléments naturels
(eau, air, soleil) ont des coûts variables nuls, puisque leur matière première
est gratuite (ce qui ne veut dire ni illimitée, ni constamment disponible).
L’uranium est assez
cher, mais produit une quantité d’énergie colossale, ce qui en fait finalement
une matière première bon marché. Voir Rapport
de la Cour des Comptes et Enseignements
de ce rapport
A contrario, le gaz
et le charbon sont chers, particulièrement le gaz, mais il le compense en partie par un meilleur rendement.
Coût complet : C’est le coût moyen du MWh produits au cours de
la vie de la centrale, amortissements et frais indirects inclus. C’est donc le
critère à prendre pour décider de construire
un type de centrale plutôt qu’un autre. Il est très impacté par :
- La durée de vie, qui réduit les amortissements, particulièrement pour le nucléaire.
- Le taux d’utilisation réel, qui peut être soit subi (éolien, photovoltaïque), soit voulu en raison du coût variable élevé (gaz et charbon).
Dans un tel
contexte, on ne s’étonnera pas de ce que le coût, et donc le prix de marché de gros, du MWh soit extrêmement variable, de
quelques euros, voire négatifs, quand les énergies fatales produisent plus que le besoin du
réseau, jusqu’à dépasser 1000 € lors de pointes historiques conduisant à
importer dans un marché très tendu. Le coût d’un MWh nucléaire, qui constitue environ 80 % de la production
française, et 50% des pointes, est actuellement de l’ordre de 50 €.
Rappelons que
l’hydraulique, très ancienne, et donc entièrement amortie, produit à un coût
extrêmement bas, et que l’énergie éolienne ou photovoltaïque est facturée
séparément par le biais de la CSPE en bas de facture. Seul le thermique, soit
environ 8% de la production, coûte plus nettement plus cher. Le coût moyen de la
production nationale est donc manifestement inférieur à 50 € par MWh.
On note au passage
que les marges de distribution d’ERDF sont considérables, de l’ordre d’un
facteur 2 ou plus. Le coût bas de l'énergie électrique en France résulte bien du choix stratégique réalisé par les gouvernements Pompidou et Giscard d'Estaing dans les années 70, et pas du tout des performances de l'opérateur majoritaire, mais ceci est un autre débat !
Au vu de la variabilité des prix de revient du MWh, on peut légitimement s’étonner que le prix du KWh facturé par ERDF (chiffres
arrondis, hors taxes et abonnement) à l’utilisateur domestique dans les deux
types de contrats les plus répandus soit presque
fixe :
Tarif de base :
125 € fixe
Tarif jour /
nuit : 93 ou 135 €
Seul le tarif Tempo,
explicité ci-dessous, est très variable
Tarif Tempo
Par exception, ce
tarif Tempo (rebaptisé « Bleu ») minoritaire, permet des variations
beaucoup plus importantes selon la couleur (3)
et le jour/nuit (2), soit 3 x 2 = 6 paliers de 60 € à 425 €, soit encore un facteur 7. Il est le tarif est le moins éloigné de la réalité. Mais étant dissuasif en jours rouges, il
n’est pas compatible avec un chauffage tout électrique, sauf pour des
résidences secondaires peu utilisées en hiver. Il est donc très minoritaire.
La large plage de
tarification du tarif Tempo permet de sensibiliser fortement
l’utilisateur, ce qui va dans le bons sens. Mais ses règles sont rigides et
simplistes :
- 22 jours rouges et 43 jours blancs pour faire apparaître 300 jours bleu, quelle que soit le profil et la durée des périodes de grand et moyen froid,
- 16 heures pleines et 8 heures creuses par jour, très vaguement corrélées avec les pointes quotidiennes réelles,
- un préavis de 8 heures seulement pour la couleur du jour suivant, ce qui ne permet guère d’anticipation.
Graphe établi par l’auteur
L’historique
publié en ligne par ERDF montre en outre que :
- les samedis ne sont jamais rouges,
- les dimanches et jours fériés sont toujours bleus.
Préconisation : un tarif à 13
échelons (soit 12 intervalles)
Remarquons que les
besoins d’énergie électrique d’un particulier pourraient largement être anticipés,
réduits ou reportés en utilisant :
- un peu d’intelligence numérique dans les installations domestiques :
- un tarif variable par tranches uni-horaires selon 13 échelons en progression de 20% par échelon, de 50 € à 450 €HT /MWh, assorti d’une prévision sur 24 heures, réactualisée à chaque changement d’heure (d’autant moins que la période prévue est proche), et complété par une prévision globale sur une semaine, basée sur le calendrier civil (semaine, week-end, vacances…) et sur les prévisions météorologiques. Ce tarif serait géré par l’opérateur à l’intérieur de règles fixant entre autres le maximum du prix moyen offert sur l’année.
Graphe établi par l'auteur
S’agissant d’un prix
moyen offert, et non d’un prix moyen consommé, ce maximum doit être notablement
inférieur au prix moyen actuel (environ 120 €/MWh), probablement autour de 90
€/MWh.
En outre, il est
souhaitable que la législation relative à l’unicité
du tarif de l’énergie électrique soit modifiée, et ce, pour plusieurs
raisons :
- Les pointes sont fortement impactées par les conditions climatiques qui sont rarement homogènes sur l’ensemble du territoire national.
- Une définition des échelons en cours et prévus par région améliorerait donc sensiblement la situation en diminuant les transports d’énergie, et donc les pertes et les besoins d’infrastructures de transport,
- Elle responsabiliserait les habitants et leurs élus régionaux qui réclament la même sécurité d’approvisionnement énergétique et le même prix que les autres, mais qui refusent la construction de d’infrastructures. La Bretagne (où l’auteur de ce blog est domicilié), qui a refusé la centrale nucléaire de Plogoff dans un site parfaitement adapté (nul besoin de réfrigérants atmosphérique grâce aux forts courants marins…), et PACA, qui refuse la création de lignes THT, sont des exemples criants.
Des pilotes intelligents et communicants
Un pilote, qui agit
sur un ou un groupe d’appareils électriques, peut être :
- un simple contacteur « tout ou rien » paramétré pour alimenter ou non un appareil utilisateur selon l’échelon tarifaire en cours,
- un variateur de puissance (chauffage, éclairage halogène) paramétré pour limiter la dépense à un niveau prédéterminé : plus c’est cher, moins on chauffe, ou moins on s’éclaire, selon l’échelon tarifaire en cours,
- un calculateur programmé pour anticiper ou différer, en partie ou en totalité, une utilisation en fonction de l’évolution prévue des échelons tarifaires,
- un système doté d’une intelligence numérique informée des caractéristiques du produit piloté, de ses modalités d’utilisation et des changements d’échelon prévus, capable d’optimiser le coût d’utilisation.
Leur accès aux
données tarifaires pourrait être dual au choix de l’utilisateur, ou suivant
l’évolution des technologies:
- soit par connexion au Web par WiFi ou Ethernet,
- soit plus probablement par CPL (courants porteurs en ligne) liés à un compteur intelligent « Linky ».
Beaucoup
d’utilisations domestiques peuvent être décalées dans le temps, c'est-à-dire reportées ou anticipées.
Exemples :
- l’eau sanitaire, stockée dans un ballon, doit être chauffée au plus creux de la nuit, et non pas dans les premières heures du tarif nuit.
- Un lave-vaisselle, très silencieux, peut également fonctionner en pleine nuit.
- Un lave-linge pourrait aussi voir son fonctionnement décalé, avec éventuellement une période interdite la nuit si son bruit peut amener une gêne.
- Les normes de température de conservation alimentaire pourraient être assouplies : de 2° à 6°C au lieu de 4°C pour les réfrigérateurs, et -24° à -18°C au lieu de -18°C pour les congélateurs. Si une ou des hausses d’échelon sont prévues, l’appareil les anticipe en baissant la température au minimum autorisé avant la hausse, puis s’arrête à l’arrivée de la pointe jusqu’au réchauffement naturel maximum autorisé qui sera souvent après la pointe, selon l’utilisation de l’appareil.
- Une ou deux réglettes multiprises intelligentes peuvent se voir confier la recharge de tous les appareils électroniques munis de batteries : téléphones sans fil ou mobiles, tablettes, smart-phones, tablettes, ordinateurs portables, batteries amovibles de cycles ou autres
- Demain, la recharge des véhicules électriques ou hybrides rechargeables, s’ils se répandent, nécessitera une énergie considérable qui pourra, le plus souvent être effectuée dans une très large plage de temps
Réduction des besoins : Les « négawatts »
Le chauffage électrique direct, premier
consommateur d'énergie électrique, est plus difficile à étaler. Il existe quand même des éléments de
solution :
- les chauffages à inertie, pas parfaits, mais qui vont dans le bon sens,
- une bonne isolation qui, si elle n’élimine pas le besoin d’apports calorifiques, rend du moins son heure moins critique,
- anticiper le chauffage matinal en fin de nuit,
- réduire ou supprimer tout ou partie des radiateurs pendant une ou deux heures, au plus fort d’une pointe,
- mais surtout, réduire le chauffage par un pilote paramétré selon le coût horaire du °C supplémentaire que l’utilisateur est prêt à payer. Les économies de chauffage sont d’autant plus acceptables qu’elle sont passagères !
La cuisson ne peut être décalée que dans le cas de plats préparés à
l’avance. Mais la mise en route d’une plaque de cuisson ou d’un four électrique
pourrait être interdite par défaut au dessus d’un échelon prédéterminé, et
n’être obtenue que par une commande « forcée » explicite pour
l’utilisateur qui pourra parfois attendre, ou lui préférer des appareils à bon rendement : four à micro-ondes ou plaque à induction : ces dernières
sont très puissantes, mais fonctionnent très peu de temps à leur puissance
maximum. Elles consomment finalement beaucoup moins que des plaques à
résistance ou halogènes, par ce qu’elles ne chauffent que la casserole, sans
chauffer ni elles-mêmes, ni l’air ambiant, et sans rayonner.
Les applications audio et vidéo ne peuvent pas être
décalées, sauf à s’en passer, mais elles restent de petits consommateurs, avec
une tendance à la baisse par amélioration des rendements des appareils récents.
Il importe de
comprendre qu’en France, où plus de 80% de l’énergie produite est d’origine
électronucléaire, et plus de 90% est produite sans CO2, les « négawatts »
électriques apportent peu en termes de CO2. Ils peuvent en revanche contribuer
à réduire les factures, les moyens de production et les lignes de distribution.
Les Smart Grids
Cette expression que
l’on peut traduire par « Réseaux de
distribution électrique intelligents », désigne un processus qui
optimise la consommation comme décrit ci-dessus, mais qui intègre en plus la
gestion des productions décentralisées et fatales, principalement éoliennes et
photovoltaïques, accessoirement certains types d’hydraulique. Cette appellation
est un peu prétentieuse : les réseaux actuels sont bien loin d’être
idiots, et n’ont pas attendu cet anglicisme pour se perfectionner grâce à
l’intelligence numérique.
On peut s’interroger
sur le bien-fondé de cette extension complexe, qui a pour objet principal de
gérer des sources d’énergie électrique supposées "vertes" qui n’existent qu’à travers la garantie sur une longue période par l’Etat, du prix de
rachat de l’énergie produite, et ce
à un niveau totalement déconnecté du prix moyen du marché. Ce dernier serait encore
excessif puisque l’énergie ainsi produite l’est le plus souvent à contre-cycle
(l’éolien surtout la nuit, le photovoltaïque surtout en été). Ces énergies
fatales ne valent pratiquement rien au prix de marché.
Il faut se
convaincre que l’écologie ne consiste pas à faire payer de mauvaises solutions
par le contribuable ou l’abonné, mais à promouvoir des solutions efficaces et
intelligentes, donc compétitives ou capables de le devenir à moyen terme,
éventuellement après introduction d’une taxe carbone raisonnable.
Il ne nous semble
donc pas opportun d’investir en études et en infrastructures pour optimiser des
productions décentralisées dont le poids est extrêmement faible, et dont la
pérennité n’est nullement garantie une fois passée la mode verte. Il est
beaucoup plus urgent de gérer l’étalement de la consommation domestique qui
peut apporter des avantages économiques et écologiques considérables au moindre
coût, et pour ce faire, de promouvoir à
la fois les « négawatts » et les « décalwatts ».
