10/02 Behrang Shirizadeh

Reaching carbon neutrality in France by 2050: Optimal choice of energy sources, carriers and storage options

Behrang Shirizadeh, sous la direction de Philippe Quirion.

Agenda

À 14h30 en distanciel

Résumé

Pour contribuer à l’objectif de contenir le réchauffement climatique à 1,5°C, le gouvernement français a adopté l’objectif de zéro émission nette de gaz à effet de serre d’ici 2050. Le principal gaz à effet de serre étant le dioxyde de carbone, et la plupart des émissions de CO2 étant dues à la combustion d’énergies fossiles, cette thèse porte sur l’atteinte de la neutralité carbone des émissions françaises de CO2 liées à l’énergie d’ici 2050. Cette thèse vise à étudier le rôle relatif des différentes options bas- carbone dans le secteur de l’énergie pour atteindre la neutralité carbone. Plus précisément, cette thèse étudie d’abord le secteur électrique français, d’abord dans un système entièrement renouvelable, et ensuite dans un en intégrant d’autres options d’atténuation, c’est-à-dire l’énergie nucléaire et la capture et le stockage du carbone. J’étudie l’impact des incertitudes liées au développement des coûts des énergies renouvelables et des options de stockage et j’aborde la question de la robustesse d’un système électrique entièrement renouvelable face aux incertitudes liées aux coûts. Plus tard, en ajoutant d’autres options bas-carbone dans le secteur de l’électricité, j’analyse le rôle relatif des différentes options. De même, pour encourager les investissements dans des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire, j’étudie le risque d’investissement lié à la volatilité des prix et des volumes des technologies d’électricité renouvelable, et les performances de différents régimes de soutien publique. L’analyse de cette thèse va au-delà du système électrique et considère également l’ensemble du système énergétique en présence d’un couplage sectoriel.

Au cours de cette thèse, j’ai développé une famille de modèles d’optimisation de l’investissement et du fonctionnement pour répondre à différentes questions concernant la transition énergétique française. Ces modèles minimisent le coût du système considéré (système électrique ou système énergétique dans son ensemble) en satisfaisant l’équilibre offre/demande à chaque heure pendant au moins un an, en respectant les principales contraintes techniques et opérationnelles et liées aux ressources et à l’usage des sols. Ainsi, la variabilité à court et à long terme des énergies renouvelables est prise en compte. En utilisant ces modèles, je réponds aux questions soulevées ci-dessus. Ces modèles ne sont pas utilisés pour trouver une seule solution optimale, mais plusieurs solutions optimales en fonction de différents scénarios de conditions météorologiques, de coûts, de demande énergétique et de disponibilité des technologies. Par conséquent, l’importance de la robustesse face aux incertitudes est au centre de la méthodologie utilisée, ainsi que l’optimalité. Les résultats de ma thèse montrent que les sources d’énergie renouvelable sont les principaux facilitateurs de la transition énergétique, non-seulement dans le système électrique mais aussi dans l’ensemble du système énergétique. Bien que l’élimination de l’énergie nucléaire n’augmente que marginalement le coût d’un système énergétique neutre en carbone, l’élimination des énergies renouvelables est associée à des inefficacités élevées tant du point de vue des coûts que des émissions. En fait, si le gaz renouvelable n’est pas disponible, même un coût social du carbone de 500 €/tCO2 ne suffira pas pour atteindre la neutralité carbone. Cela est dû en partie aux émissions négatives qu’il peut produire avec le captage et le stockage du carbone, et en partie à la rentabilité des moteurs à combustion interne alimentés au gaz renouvelable.

Le message central de cette thèse est que pour atteindre la neutralité carbone au moindre coût, il faut un système d’énergie largement renouvelable. Par conséquent, si nous voulons donner la priorité aux investissements dans les options à faible émission de carbone, les technologies de gaz et d’électricité renouvelables sont de la plus haute importance.