Post on 08-Aug-2020
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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4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
« 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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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 …
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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…)
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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 ?
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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
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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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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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4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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)
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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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4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives - www.cea.fr
Merci de votre attention
Direction des énergies
QUESTIONS / RÉPONSES
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
Trajectoire de la SNBC vers la neutralité carbone en 2050
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4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
GES : émissions nationales et empreinte carbone
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4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
Potentiel d’abattement des émissions de carboneau niveau mondial
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Source : ANCRE Decarbonization Wedges, 2015
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
Objectifs européens de décarbonation d’ici 2050
Consommation d’énergie primaire de l’Union Européenne
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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
4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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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4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
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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4 mars 2020Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
#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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