Télécharger le rapport d’activité « Technico-économie au CEA - Année 2014 »

PostHeaderIcon Etudes et résultats


Evaluation de l’efficacité de politiques de soutien au solaire photovoltaïque Différents outils d’aide au développement du solaire photovoltaïque (soutien à la R&D, aide à l’investissement via des crédits d’impôts ou des réductions de taxes, mise en place de tarifs de rachat de l’électricité produite) ont été analysés pour différents pays aux situations très contrastées :

  • En Asie : le Japon, pays développé possédant peu de ressources énergétiques, la Corée du Sud, pays en plein développement économique et également très dépendant énergétiquement, et enfin l’Australie, pays possédant d’importantes ressources fossiles et fortement concerné par le changement climatique ;
  • En Europe : l’Allemagne, pays précurseur des tarifs d’achat et ayant fait le choix d’une sortie du nucléaire, la France pays fortement nucléarisé mais souhaitant augmenter sa part d’énergies renouvelables et enfin l’Espagne pays ayant connue une forte croissance économique récemment et ayant un bon potentiel solaire ;
  • Et enfin, les USA.
Cette analyse a mis en évidence l’intérêt d’une politique « choisie » (installation près des lieux de consommations par exemple), avec une bonne vision pour les investisseurs (éviter les effets yoyo pour les tarifs d’achat), et un important soutien à la R&D.

L’uranium des phosphates : une ressource plus limitée que prévue usuellement Depuis 2007, la hausse des prix de l’uranium a rendu économiquement rentable cette production comme sous-produit
des phosphates (extraits pour produire de l’acide phosphorique).
Cependant, cette production d’uranium est limitée par la production mondiale d’acide phosphorique et serait au maximum de 10,6 ktU/an. Le coût prohibitif d’une production d’uranium seul (sans valorisation d’acide phosphorique), de l’ordre de 3 000 $/kgU, ne permet pas de lever cette limite de capacité de production. Par ailleurs, les ressources d’uranium des phosphates sont loin d’être aussi importantes que ce que certaines études pouvaient le laisser envisager. Sur la base des informations actuelles, elles seraient de l’ordre de 4 MtU selon l’I-tésé.

Biocarburants de 2nde génération L’I-tésé a travaillé sur le Business Plan du projet BtL de Bure Saudron, étape essentielle précédant la création de la société civile qui portera le projet.
Ce travail s’est fait en étroite collaboration avec les équipes techniques, juridiques et financières du CEA. En effet, le compte de résultats et le plan de financement prévisionnels sont le reflet :
  • Des réflexions internes liées :
    • à la mise en oeuvre du projet : le calendrier lié à la construction et à la mise en service du démonstrateur, les caractéristiques clés de l’installation telles que le rendement de transformation de la biomasse, le choix du mode de gestion de l’approvisionnement en bois et paille, la part des subventions dans le financement du projet, etc.
    • à la stratégie adoptée concernant le positionnement du démonstrateur dans le tissu économique : quel positionnement sur la filière des biocarburants, quelle valorisation du carburant en sortie, etc.
  • De la conjoncture économique actuelle et à venir dans laquelle le projet va s’inscrire : le prix de la biomasse, l’évolution du prix du baril, etc.
Le business plan apporte ainsi une visibilité sur les perspectives à attendre en termes de rentabilité économique. C’est aussi un outil qui va permettre d’orienter la sélection du groupement d’industriels qui sera en charge de la construction du démonstrateur.
Mais surtout, en présentant les opportunités de marché liées au déploiement de la filière BtL, le business plan a pour objectif de susciter l’intérêt d’industriels afin qu’ils entrent au capital de la future société civile portant la création de la première unité de production de BtL en France.


Coût cible pour la production d’hydrogène
En terme environnemental, la production d’hydrogène est à ce jour encore très peu performante, car encore très largement assurée à partir de ressources fossiles.


L’électrolyse alcaline, seul procédé basé sur la dissociation de l’eau disponible à l’heure actuelle, se heurte cependant à la rude compétition de la production du reformage du méthane (au coût actuel de ce gaz). Même une taxe sur les émissions de CO2 ne permettrait pas à l’électrolyse de concurrencer le reformage, avec les niveaux évoqués aujourd’hui.

Mais tous les critères sont-ils quantifiables et intégrables au coût de production ? On peut penser par exemple à la sécurité énergétique qui vient appuyer le choix de l’électrolyse alcaline comme procédé de référence.

L’I-tésé retient comme objectif cible un coût de production de l’ordre de 3-4 €/kgH2 pour les procédés innovants en cours de développement, à partir de l’évaluation du coût de production de l’électrolyse alcaline.


Evaluation de coûts de production de l’hydrogène
Parmi les procédés avancés étudiés à travers le monde, on peut citer les cycles thermochimiques tels que le cycle Iode-Soufre ou le cycle Hybride-Soufre, ou encore l’Electrolyse Haute Température.

Ces procédés basés sur la décomposition de l’eau et couplés à des sources non émettrices de gaz à effet de serre pourraient permettre de produire les quantités d’hydrogène attendues (pour l’hydrogène produit chimique ou vecteur énergétique) de manière durable.

En termes de compétitivité économique le pari n’est pas encore gagné : les performances énergétiques doivent être accrues par rapport à celles de l’électrolyse alcaline, et établies sur des durées significatives, et les investissements doivent être réduits.

Les évaluations technico-économiques aident déjà à identifier des points-clés et à définir des cibles de R&D : elles ont par exemple été mises en œuvre pour l’évaluation comparée des procédés de production d’hydrogène en soulignant l’impact de différents facteurs.


Projet HyFrance3 - Développement des marchés de l’hydrogène à horizon 2020-2030
A l’origine du projet HyFrance3 un précédent projet HyFrance, scindé en 2 étapes HyFrance1 et HyFrance2 respectivement soutenues par le Ministère de la Recherche et par l’ADEME, avait été construit pour accompagner le projet européen HyWays, feuille de route technico-économique européenne de l’hydrogène énergie, 6ème PCRD).
En complément de la vision prospective à « moyen-long terme » (2020 – 2050) développée dans ces précédents projets, le projet HyFrance3 – DEVELOPPEMENT DES MARCHES DE L’HYDROGENE -, fort de 10 partenaires parmi ceux qui avaient participé au précédent projet HyFrance (Air Liquide, Total Raffinage Marketing, EDF R&D, GDFSUEZ, CNRS-LEPII, IFP Energies nouvelles, AFH2, ALPHEA, ADEME (co-financeur et partenaire) et le CEA (coordinateur)), s’est attaché à étudier le paysage, les évolutions et la compétitivité économique de certains maillons de la chaîne de l’hydrogène, pour des applications industrielles et énergétiques, à un horizon plus proche dit de « court terme » (2020-2030). Quatre thèmes d’études ont été abordés : - la demande prospective d’hydrogène dans l’industrie : analyse de la situation actuelle (enquête auprès des industriels) et des perspectives d’évolutions à l’horizon 2030, tant sur le plan des utilisations dans les divers secteurs de la chimie que sur celui des besoins à venir pour le raffinage à partir de deux scénarios d’évolution de la mobilité; - la production d’hydrogène pour des usages transport à partir d’électricité éolienne, en fonction de divers types de demandes (variable, constante et « au fil du vent »), en système isolé du réseau ou connecté à ce dernier; les coûts de production varient dans des proportions très importantes selon les trois configurations retenues, entre 4€/kg et 20€/kg; - le stockage massif d’hydrogène qu’il faudrait mettre en place en régions Rhône-Alpes et PACA, afin d’équilibrer une offre par production massive maintenue constante et sujette à des interruptions volontaires (maintenances) ou accidentelles, et une consommation présentant quant à elle des variations saisonnières similaires à celles de la consommation en carburants : quantités à stocker (quelques dizaines de milliers de tonnes), gaz coussin, coûts d’investissements; - la distribution d’hydrogène en régions pour une utilisation automobile (réseau de stations services en régions Rhône-Alpes et PACA), à l’horizon 2050 : structure et coût d’acheminement à partir d’un point de départ unique (zone de stockage massif étudiée par ailleurs), suivant deux scénarios conduisant à des taux de pénétrations de 16% et 40% en 2050; les coûts s’établissent à 0,4 € /kg à cette échéance, 0,6€/kg en cas de hausse sensible du prix de l’énergie (en particulier l’électricité), ou de déport lointain du site de stockage (en Alsace par exemple). Le projet HyFrance3 a ainsi continué d’offrir, dans le prolongement des projets HyFrance1 et HyFrance2, un cadre national de réflexions, de débats et d’échanges stratégiques entre des acteurs majeurs de la recherche industrielle et publique sur les filières technologiques de l’hydrogène. En faisant émerger de nouvelles expertises technico-économiques collectives sur ces différents thèmes, le groupe HyFrance a renforcé ses capacités de propositions dans le domaine du développement des applications de l’hydrogène, tant au niveau national (plateforme HyPaC) qu’au niveau international, avec des partenaires européens ou plus lointains dans un cadre approprié (JTI FCH, IEA HIA).


Bilans environnemental et énergétique de la filière photovoltaîque Si-c
Alors que les bilans énergétique et environnemental en termes d’émissions de gaz à effet de serre de l’électricité photovoltaîque sont à priori très favorables, sans comparaison avec ceux des énergies fossiles, ils varient cependant en fonction d’un certain nombre de paramètres liés aux caractéristiques et lieux des étapes de son cycle de vie (amont, production, aval). Dans ce cadre, l’Itésé a réalisé une première estimation de la sensibilité de ces bilans à différents scénarios quant à l’origine des matériels et à la nature de l’électricité impliquée dans leur fabrication.
Les calculs ont été menés à un module Si-c qui produirait son électricité en France. Seuls les postes importants du cycle de vie du système, à savoir la fabrication du module suivant le procédé de purification Siemens et celle du système, ont été pris en compte. Les résultats ont été réalisés pour l’énergie liée liée au procédé seul de fabrication, puis avec l’ajout de l’énergie supplémentaire liée à fabrication totale du système. En conclusion, le contenu peu carboné du mix français en termes d’émissions de CO2 lors des étapes de fabrication du système photovoltaïque induit un avantage comparatif significatif, lié directement au rapport des contenus en CO2 des mix comparés. Le contenu du CO2 d’un kWh produit par un système photovoltaîque peut varier du simple au double suivant le mix électrique utilisé pour la fabrication du système (énergie supplémentaire incluse). L’étude confirme un bilan des émissions CO2 évitées positif, dans le cas où la fabrication et la production du système bénéficient du mix français. Il se dégrade nettement par contre avec l’utilisation d’un mix électrique plus carboné pour la fabrication d’un module. Le temps de retour CO2 (notion introduite dans ce rapport) conforte ces mêmes conclusions. Les ordres de grandeur obtenus soulignent toutefois le besoin d’une amélioration des méthodes d’analyse de cycle de vie de l’énergie intervenant dans la fabrication du système. Par ailleurs, la prise en compte d’un mix moyen dans ces calculs reste approximative et nécessite des travaux supplémentaires pour tenir compte des effets marginaux, car l’électricité solaire se substitue en moyenne à des kWh plus «carbonés» que le mix moyen.


Emission d’un premier rapport sur les coûts prévisionnels comparés de l’électricité produit par les systèmes de 4ème génération et les systèmes hybrides ADS
Le nucléaire est compétitif pour la production de l’énergie en base.
La loi de 2006 relatif à la gestion des déchets nucléaire demande au CEA, pour 2012, une évaluation de la faisabilité industrielle des systèmes de génération 4 et des ADS, destinés notamment à réduire la réduire la toxicité des déchets.

Dans ce cadre, l’I-tésé, à partir de données produites par les équipes de R&D de Cadarache (DER) et Marcoule (DTEC), a pu effectuer une première évaluation comparative du coût du kWh produits dans des systèmes utilisant les procédés de séparation- transmutation.

Ces premières évaluations serviront de base de discussion au groupe de travail CEA-AREVA-EDF visant à affiner ces résultats qui seront présentés en mars 2010 à la CNE. Par la suite l’évaluation complète des filières nucléaires du futur sera complétée par des critères environnementaux et sociaux.


Participation à la réflexion du CEA en termes de recherches et études relatives à la gestion de la R&D dans le domaine de l’énergie
Analyse des différentes externalités de la R&D
et développement d’un certain nombre d’arguments économiques en faveur du financement public de la R&D dans le domaine de l’énergie. En particulier, utilisation des modèles de choix d’investissement dynamiques en incertitude pour guider les décisions en matière de R&D dans le domaine du nucléaire (R&D dans les réacteurs de Génération IV). Emission d’un premier rapport sur les coûts prévisionnels comparés de l’électricité produit par les systèmes de 4ème génération et les systèmes hybrides ADS Le nucléaire est compétitif pour la production de l’énergie en base. La loi de 2006 relatif à la gestion des déchets nucléaire demande au CEA, pour 2012, une évaluation de la faisabilité industrielle des systèmes de génération 4 et des ADS, destinés notamment à réduire la réduire la toxicité des déchets.

Dans ce cadre, l’I-tésé, à partir de données produites par les équipes de R&D de Cadarache (DER) et Marcoule (DTEC), a pu effectuer une première évaluation comparative du coût du kWh produits dans des systèmes utilisant les procédés de séparation- transmutation.

Ces premières évaluations serviront de base de discussion au groupe de travail CEA-AREVA-EDF visant à affiner ces résultats qui seront présentés en mars 2010 à la CNE. Par la suite l’évaluation complète des filières nucléaires du futur sera complétée par des critères environnementaux et sociaux.