QUELLE TRANSITION ÉNERGÉTIQUE · Energétique Système Ressources Cycle de matières & matériaux...

DE LA RECHERCHE A L’INDUSTRIE

Commissariat à L’énergie Atomique et aux Énergies Alternatives - www.cea.fr

QUELLE TRANSITION ÉNERGÉTIQUE ?

PHILIPPE STOHR, DIRECTEUR DES ÉNERGIES AU CEA

COLLOQUE INSTN CLIMAT ET ENERGIE | 3 MARS 2020

4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives

Transition énergétique ? Faire évoluer le système énergétiquequi transforme ressources naturelles en services à la société

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« Understanding the pace of change », AIE

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Consommation mondiale d’énergie primaire par source d’énergieet émissions de CO2 en résultant selon les scénarios de l’AIE

Source : AIE, World Energy Outlook Outlook , 2019


Emissions de CO2 :de très fortes disparités au niveau mondial

Accélération des émissions de CO2 par les activités humaines

Forte influence des niveaux de vie et des activités économiques

Emissions différenciées par secteurs dans chaque pays

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Répartition sectorielle des émissions de CO2 dans le mondeEvolution des émissions de CO2 par pays

Des transitions énergétiques aux enjeux différents : croissance démographique, hausse du niveau de vie et développement économique, décarbonations sectorielles …


Quels leviers pour une réduction des émissions ?

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Source : AIE, World Energy Outlook Outlook , 2019

Des leviers différents conduisant à des choix variés possibles : le mix énergétique

Sustainable Development Scenario (‘SDS’) is constructed on the basis of limiting the temperature rise to below 1.8 °C with a 66% probability without the implied reliance on global net-negative CO2 emissions, or 1.65 °C with a 50% probability.

Réductions des émissions de CO2 dans le scénario soutenable (‘SDS’) par rapport au scénario des politiques déclarées (‘SPS’), 2010-2050

Leviers disponibles au niveau d’un pays• Efficacité et sobriété énergétique• Renouvelables• Nucléaire• CCS / CCUS & énergies fossiles• Importation d’énergies décarbonées

(électricité, biomasse, biogaz, H2 zéro- CO2, carburants de synthèse…)


La stratégie nationale bas carbone (SNBC) en France :vers la neutralité carbone en 2050

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• Réduire les consommations d’énergie• Décarboner la production d’énergie (mix

nucléaire et ENR)• Réduire les émissions non énergétiques• Augmenter et sécuriser les puits de carbone

Comment ?

Projection en 2050

Source : DGEC 2019

Où en est-on aujourd’hui ?


Apport des technologies pour une économie neutre en carbone

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• Véhicule léger : électrique (batteries)

• Mobilité à usage intensif : hybridation, hydrogène

• Véhicule lourd : hydrogène puis carburants alternatifs

• Aérien : biocarburant et carburants de synthèse

• Technologies solaires

• Chauffage : pompes à chaleur, gaz renouvelable, réseaux de chaleur

• Production d’énergie décarbonée

• Verdir l’hydrogène industriel

• Capter le CO2, puis soit le stocker, soit le convertir

BâtimentsNeuf et rénovation

Industrie

4L/100 kmObjectif pour les

véhicules particuliers thermiques en 2030

Mobilité H25 000 véhicules légers

et de 200 véhicules lourds et 100 stations à

horizon 2023

7

H2 indus.décarboné

10% d’ici 202320 à 40% d’ici 2028100 000

Bornes de recharge publiques pour véhicules élec.

parc BBC Rythme de rénovation et taux minimum de chaleur renouvelable

dans le neuf

EfficacitéLimitation pertes

Rendement de conversion

Production d’énergie

décarbonéeÉnergie nucléaire et

renouvelables

TransportsTerrestre-maritime-aérien


Système énergétique bas carboneBesoin d’une approche intégrée

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ENR « gridfriendly »

Nucléaire manœuvrableet flexible

« Véhicleto grid »

Recherche et innovation sur les

technologies

Recherche et développement sur les interactions

Recherches sur le système(technico-économique)

Productionchaleur, H2

Matériaux


Production d’énergie décarbonée

(nucléaire, ENR)

ProductionMix

EnergétiqueSystème Ressources

Cycle de matières

& matériaux

Fermeture du cycle

du carbone

Scénariosénergétiques & analyse

technico-économique

Outils de flexibilité & stockages

multi-vecteurs d’énergie

Réseaux & pilotage intelligent de la

demande

Conversion d’énergie

(y.c. efficacité, sobriété)

Quels axes de recherche et innovation ? Priorités retenues par le CEA dans ses programmes

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Production d’énergie décarbonée : contribuer à l’essor des renouvelables

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PV ‘Everywhere’Grandes centrales solaires

• Homojonction• Hétérojonction• Cellules Tandem

• Intégration sur mesure• Solutions à haut niveau

d’exigences

• Onduleurs PV / électronique• Architecture et composants

aval module

Développer des technologies solaires à haut rendement et coût maîtrisé

Optimiser le rendement global des systèmes solaires

Production


Production d’énergie décarbonée :développer le nucléaire du futur

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Recherche et innovation sur les réacteurs de 3ème

et 4ème génération

- Réacteur à eau pressurisée (REP)- Réacteur rapide au sodium (RNR-Na)- Concepts plus prospectifs (réacteurs à sels fondus)

Développement et innovation sur les petits réacteurs modulaires (‘SMR’)

- Projet industriel électrogène porté par la Filière nucléaire France et destiné à l’export.

- SMR non-purement électrogènes : calogène, couplage production d’hydrogène.

Production


Réseaux au cœur du système énergétique : des technologiespour coupler, optimiser les infrastructures et piloter

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Pilotage en temps réel du système

Architecture physique & cyber-sécurité

Dimensionnement(production et

utilisation)

Production(pilotable et

variable)

Usages

Stockage• Electrochimique

(stationnaire/mobilité VE)• Thermique

Conversion• Chaleur• H2 , CH4

Solutions de flexibilité

RÉSEAUX(électricité, chaleur et gaz)

Système

Consommation• Effacement / pilotage• V2G (vehicle to grid)

http://tecsol.blogs.com/.a/6a00d8341bfe5d53ef022ad3a5285f200b-popup


Quels stockage & conversion pour quels besoins ?Equilibrage des réseaux ... production de carburants de synthèse

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Des technologies variées avec des capacités et facteur temps spécifiques Des couplages avec la mobilité électrique (V2G et V2H – vehicule to grid & home)

Des possibilités de conversion et stockage de vecteur énergétique pour le secteur des transports

Système

intra-journalier

intra-hebdomadaire

inter-saisonnier

Ech

elle

de

lissa

ge

power-to-fuels

power-to-H2(fuel cell vehicles)

power-to-mobility(battery vehicles)

Equilibrageet gestion de la production intermittente


Optimiser l’usage des ressources : des technologiespour une économie circulaire

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Trouver les optimums économiques et environnementaux de la transition énergétique

Sobriété matière & énergétique

• Transformation de déchets carbonés (gaz, liquide ou solide) par voies thermochimiques

Valoriser le carbone

Diminution de l’empreinte environnementale

• ACV et analyse tech eco• Recyclage

• Fabrication additive• Electronique structurelle

ECONOMIE CIRCULAIRE

Économie d’énergie & soutenabilité des

technologies

Multi-recyclage des matières nucléaires

Ressources


Quelle vision pour système énergétique décarboné en 2050 ?

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Système multi-vecteurs: électricité, chaleur,gaz / hydrogène

Economie circulaire : matières, matériaux avancés, carbone

Réseaux intelligents, digitalisés, instrumentés, demande pilotée

Système multi-échelles et multi-agents


Quelle transition énergétique ?Des dimensions multiples à intégrer !

Politique et géostratégique : enjeu mondial du climat, souveraineté, ressources, balances économiques

Technologique : innovation, renouvelables, mobilité, digital…

Industrielle et économique : filières industrielles, nouveaux services et modèles d’affaires

Sociétale et de gouvernance : rôles et comportement des acteurs - territoires « consomm’acteurs », régulation

© New energy consumer research, Accenture

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Merci de votre attention

Direction des énergies

QUESTIONS / RÉPONSES


Stratégie nationale : instruments de gouvernance de la Loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV)

SNBC : la stratégie nationale bas carbone décrit la feuille de route de la France pour réduire ses émissions de CO2

Deux ambitions : réduire l’empreinte carbone des Français et atteindre la neutralité carbone en 2050

Des orientations sectorielles

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PPE : la programmation pluriannuelle de l’énergie décline des objectifs à plus courts termes (2023-2028) et oriente le début de trajectoire

Diminution du recours aux énergies fossiles

Réduction de la consommation d’énergie : bâtiments neufs/rénovés, mobilité

Maintenir un mix énergétique nucléaire / ENR

- Part du nucléaire au sein du mix électrique de 50 % à l’horizon 2035. Fermeture de 14 réacteurs nucléaires de 900 MW d’ici 2035 : 2 réacteurs de Fessenheim en 2020+ 2 réacteurs en 2027-2028 + 2 réacteurs en 2025-2026 sous conditions.

- Garder l’option nucléaire ouverte : travaux avec la filière sur le nouveau nucléaire d’ici mi-2021

- Développement des renouvelables : électrique, chaleur, gaz


Trajectoire de la SNBC vers la neutralité carbone en 2050

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GES : émissions nationales et empreinte carbone

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Potentiel d’abattement des émissions de carboneau niveau mondial

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Source : ANCRE Decarbonization Wedges, 2015


Objectifs européens de décarbonation d’ici 2050

Consommation d’énergie primaire de l’Union Européenne

22

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

HISTORICAL DATABP, Statistical review of world energy (2019)

EUROPEAN COMMISSION “COMBO” SCENARIOEuropean Commission, COM(2018)773

Pétrole

Gaz naturel

Charbon

NucléaireRenouvelable

CO2

Bas carbone

Le stockage est un point clé pour atteindre

ce scénario


PRODUCTION D’ÉNERGIE DÉCARBONÉE

#1

Nouveau record de rendement de conversion,

certifié à 24,63% de la surface totale sur une plaquette au standard

industriel M2

Record de rendement à20.3% sur une surface

active de 11.2 cm² avec un facteur de remplissage

>93%

Réalisation des modules solaires rigides et courbés,

sans verre pour être intégrés sur une

C-Zen Electric 1,3 m² de cellules actives

Ptotale =206 Wc

Démonstrateur VIPVCellules pérovskitesCellules à hétérojonction

Photovoltaïque: résultats récents

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CYCLE MATIERE – FERMETURE DU CYCLE DU CARBONE

1er démonstrateur de production de gaz de synthèse

OPÉRATIONNEL

Résultats récents

Taux de conversion

du carbone > 97%

Technologie de réacteur compact à plaque

millistructurée testée au CEA

Recyclage par voie hydrométallurgique

Famergie : la fabrication additive métal pour l'énergie

Développement d’un procédé en rupture pour

la valorisation des métaux critiques avec des puretés

compatibles avec l’élaboration de nouveaux précurseurs de batteries

Plateforme de conception, et de fourniture de preuves de concept pour atteindre de

nouveaux niveaux de performance dans la

production de pièces et dispositifs métalliques

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#2

PILOTAGE DES RÉSEAUX ÉNERGÉTIQUES

Mise en service en 2019, pour comprendre et dimensionner

des batteries plus sûres

opérée en collaboration avec

Solutions de Flexibilité – RéseauxRésultats récents

SOEC Production d’Hydrogène

Performances prouvées à l'échelle du système :

87% PCIDémonstrateur 300 kW

en 2022

Plateforme d’essais abusifsLe renouveau du

convertisseur de puissance

Développement d’un onduleur de courant

intégrant une technologie semi-conducteur SiC

Puissance 7,7 kW

Densité 10kW/L

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