ecoener - Dominique Henriet Economie

Economie de l’énergie
• Préambule
– Secteur en grand bouleversement
• Transition énergétique
• Aspects stratégiques
– Questions :
• Comment se forme le « prix de l’énergie »?
• Place du marché
• Perspectives
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Programme
Partie 1
_
Chapitre 1 : Quelques données
– Les ordres de grandeurs
–
Chapitre 2 : microéconomie
– Energie et rente : différents concepts de rente
Partie 2 : Energies pour demain?
– Chapitre 3 : Pétrole
– Chapitre 4 : Electricité
– Chapitre 5 : Energies renouvelables
Partie 3
– Chapitre 6 : Energie et environnement, GES et quelques paradoxes et questions
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Quelques données
Notion de bilan énergétique : utilisation de l’énergie dans l’économie
Energie = ressource au sens économique du terme
-
Les différents concepts
- Energie primaire (à l’état brut)
- Energie finale (après transformation)
- Energie utile (en sortie)
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Les différents types
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Controverse sur l’unité de compte
Coefficients d’équivalence :
unité internationale le Joule
unité « économistes » la tep = 42 GJ
1 MWh = 3,6GJ=0,086tep (à la consommation)
Sauf qu’en production, il faut 3MWh de « chaleur » ou
« pétrole » pour 1MWh d’électricité thermique
Donc :
1MWh (électrique)= =3X0,086=0,26tep (à la production)
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Bilan énergétique de la France
4 périodes
1946 1960 : reconstruction -> la prééminence du charbon 55% (EP)
Autarcie de l’économie
1960 1973 : minimisation des coûts -> pétrole 70% (EP)
Internationalisation 1
1974 1990 : Indépendance -> Nucléaire 34% (EP)
1990-
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: Marché et environnement :
Pétrole = 36%
Nucléaire = 38 %
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Consommation d’énergie primaire (2010)
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Structure de la production d’électricité (2010)
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Bilan énergétique France
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Energie primaire : Concentration spatiale
88% de l’énergie utilisée est d’origine fossile
Répartition très concentrée
3 pays = 46% des réserves de pétrole, 53% du charbon, 60% gaz naturel
Réserves géologiques
Réserves prouvées (technologiquement exploitables et rentables) : dépend
du prix et des coûts : ratio R/P
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Energies de demain?
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Energie et PIB
•
« Efficacité énergétique » = rapport E utile/E primaire
Très variable dans le temps et l’espace 56% Pologne, 90% Irlande
•
Intensité énergétique du PIB : Energie / PIB
Très variable aussi UE : 0,129/1000 tep/$
0,200 en Finlande
0,165 Belgique
0,140 France
0,129 Allemagne
0,087 en Irlande
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Energie et PIB
Empiriquement E= énergie consommée, N population, Y PIB:
E 
Y
ln   0,34 1,21
N 
N
Plusieurs phases dans l’histoire :
 - hausse de E/Y (industrialisation) (XIX)
- baisse (1880 UK, 1930) amélioration des rendements
- stabilisation (1973) UE des 15 : 0,160
- baisse récente : UE des 15 : 0,095
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Eléments de microéconomie de l’énergie
Les 3 caractéristiques communes des marchés de l’énergie
- Dimension stratégique
- Forts coûts fixes
- Rentes associées à la rareté ou la localisation
Caractéristiques particulières : non stockabilité
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Le Pétrole
• Une industrie mondiale
– Avant 1850: bois, biomasse, charbon : proximité
– Après : d’abord industrie américaine très vite mondiale
• Une industrie multiproduits
– Pétrole lampant, lubrifiants, fuel, essence, pétrochimie
– Pluralité de marchés
• Fortement capitalistique
– Forts investissements
– Oligopolistique
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Le pétrole
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Courbe de Hubbert :
 Q 
dQ
 rQ1  
 U 
dt

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Réserves Ultimes
• Conventionnel
–…
– Conventionnel très profond
• Non conventionnel
– Bruts extra lourds (Venezuela)
– Sables asphaltiques (Canada)
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Le prix du pétrole
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Le pétrole
• Disparités de coût de production
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Modèle de Hotelling
p(t)
: Prix du pétrole à la date t
Q(t)
: Réserves à la date t
c(Q)
: Coût marginal d’extraction fonction du stock
en terre

q(t)  Q(t)
: flux d’extraction
(q(.)) 
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 p(t)  c(Q(t))exp(rt)q(t)dt

0
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Modèle de Hotelling
• Absence d’arbitrage : pas de profit plus grand en reportant
(ou anticipant )une extraction.
q˜(t 0 )  q(t 0 )  
q˜(t1 )  q(t1)  
t  t 0,t1   Q˜ (t)  Q(t)  
  ( p(t 0 )  c(Q(t 0 ))e
 
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
t1
t0
rt0
 ( p(t1)  c(Q(t1 ))e
rt1

rt
c'(Q(t))q(t)e dt
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Hotelling suite
• Pas d ’arbitrage :
  0,t0,t1
d
rt
rt
(
p(t)

c(Q(t))e

c'(Q(t))q(t)e


dt


p(t)  rp(t)  c(Q(t))


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Hotelling suite
Le prix est déterminé par la demande
q(t)  D( p(t)
Q(t)  Q0 

t
D(
p(t))dt
0

p(t)  rp(t)  c(Q(t))
Si c est constant :


 p(t)  c  p(t 0 )  c exp( r(t  t 0 ))
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Electricité
• Différentes technologies…
– Soit la courbe de charge : h(t)
– Et la monotone…y(t)
– Soit les différentes technologies :
• Puissance maximale
• Coût fixe
• Coût marginal
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Turbine à Gaz (TAG) avec cogénération de chaleur
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Turbine Gaz Vapeur (TGV)
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Electricité
• Dimensionnement optimal :
– Technologies : coût margi c i coût fixe par unité de Puiss Ki
– Soit : P(t) la courbe de charge, (P) sa réciproque
N
C   PiK i  c i Y (P)dP
  i 1
i1

Yi

i
Yi   Pk , Y0  0, YN  Pmax
k 0

N
C  Yi Yi1K i  c i Y
i1

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Yi
i 1
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(P)dP
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Dimensionnement optimal
N
C  Yi Yi1K i  c i Y
Yi
i 1
i1
C
0
Y j

(P)dP


K j  K j 1  c j 1  c j (Y j )
Néglige les coût de démarrage/extinction…
(deux courbes de charges avec même monotone
N’ont pas le même coût…)
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Electricité
• Prix d’équilibre
– Offre et demande…
Problèmes de non stockabilité…
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Energies renouvelables
• Définition
• Quelques données économiques
– Eolien
– Photovoltaique
– Biomasse
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Eolien
• Onshore : 85 euros par MWh, Offshore 135 euros
par MWh (Contre moins de 50)
• Problèmes:
• Intermittence
• Imprévisibilité
– Déséquilibre entre offre et demande
• Dérive en fréquence
• Modification des flux de puissance
– Implique que les autres capacités doivent être ajustables
– Fonctionnement plus facile lorsque plusieurs régimes de
vents no corrélés.
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Eolien
• Impact économique :
• Prix négatif !
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Biomasse
•
•
•
•
Définitions…
40 à 70 euros le MWh.
Questions d’approvisionnement
Autres questions
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Solaire
• Définitions…CSP ou PV
• En 2010 : plus de 200 euros par MWh!
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Energie et environnememnt
•
•
•
•
Ici GES
Le réchauffement climatique
Les prises de conscience
Un modèle simple
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