prospective énergétique et gouvernance multi-échelles des politiques énergie-climat

P. Criqui, CNRS, PACTE-EDDEN et ANCRE

SFEN Grenoble, 16 mars 2015

Prospective énergétique

et gouvernance multi-échelles

des politiques énergie-climat

Prospective énergétique et politiques climatiques:

1. contraintes globales

2. la "décarbonisation" dans une perspective internationale

3. les voies de la transition énergétique en France

4. enjeux pour les politiques territoriales

P. Criqui – EDDEN-CNRS Séminaire SFEN-Lyon 4 Février 2015 2

AR5 WG1: budget carbone 2010-2100 = 1000-1500 GtCO2


Prospective globale: l’écart entre le probable et le souhaitable

Source SHELL: Mountains and Oceans scenarios


La transition énergétique globale: le probable et le souhaitable ♦ 2050/2000: population x 1,5;

PIB mondial x 4; consommation d’énergie et émissions de CO2 x 2

Source: modèle POLES, PACTE-EDDEN

P. Criqui – PACTE-EDDEN 5

0

5

10

15

20

25

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Gto

e

Other Renew ablesBiomassNuclearCoal, ligniteNatural gasOil

World Primary consumption - BL

0

5

10

15

20

25

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Gto

e

Other Renew ablesBiomassNuclearCoal, ligniteNatural gasOil

World Primary consumption

♦ Consommation -20% ♦ Mix énergétique équilibré ♦ CCS pour 50% des fossiles

Source: modèle POLES, PACTE-EDDEN

Le monde tel qu’il va, ou le grand retour du charbon

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Coal

Oil

Gas

Hydro

Other Ren

Nuclear


DDP - Deep Decarbonisation Pathways ♦ 31 leading research institutions from 15 countries covering more

than 3/4th of global C02 emissions. The project aims to: 1. Prepare transparent national deep decarbonization pathways to

2050 to help countries adopt and implement policies to achieve deep decarbonization.

2. Support a positive outcome of the UNFCCC international climate negotiations by 2015 by helping national decision makers and the international community to understand what deep decarbonization implies for individual countries and regions.

3. Review aggregate global emission reduction pathways prepared for AR5 by the WG III in light of the national decarbonization pathways.

4. Build an on-going global network to facilitate learning and promote problem solving in the implementation phase of national of deep decarbonization strategies after 2015


DDPP – The Deep Decarbonisation Pathways Project

Les trois piliers de la décarbonisation (Jim Williams, E3 San Francisco, Science 2012)


Une analyse des dynamiques: efficacité de la Demande / décarbonisation de l’Offre


Des parcs électriques décarbonés diversifiés

P. Criqui – CNRS Séminaire Centrale Pékin 14 oct. 2014 12

DDPP: Développements futurs ♦Elargissement du réseau à d’autres pays

♦Constitution de groupes de travail sur des sujets transversaux: – Technologies (couts-diffusion)

– Industries de base et développement économique

– Impacts sectoriels (investissements, couts, prix, budgets)

– Macro-économie et financement

♦Etudes d’impacts (demande de matériaux) et co-bénéfices (environnement-santé)

♦Deuxième rapport prévu printemps 2015


The National Debate on Energy Transition ♦The new orientations in French energy policy

have been prepared by a deliberative process (2013-I) with: – A coordination committee

– A National Council (7x16 members from NGOs, Trade-Unions, Business, MPs, Mayors...)

– A citizen and an industry group

– A group of 45 experts in charge of producing relevant and validated analytical materials, including 16 representative scenarios...

P. Criqui – CNRS-UGA Séminaire AFD-OFCE 20 mars 2015 15

Four families of F4 scenarios or “trajectories” have been identified in the 2013 National Debate on Energy Transition

SOBriety EFFiciency DIVersity DECarbonization

Priority to Nuclear Energy

Diversifi-cation

Diversifi-cation

Priority to Renewable En.

BaU

négaWatt ADEME ANCREdiv Négatep Greenpeace GRDF RTEnouvmix RTEmed WWF ANCREsob DGECams-o ANCREele Global Chance ENCILOCARBrenf UFE

4 Trajectories: Explored by 15+1 scenarios:

Very low demand (-50% en 2050)

Low demand (-20% en 2050)

Transition

BaU


The “Law on Energy Transition for a Green Growth”

♦ All-GHGs emission reduction by 40% in 2030 (EU target) and 75% in 2050 (compared to 1990)

♦ Reduction in final energy consumption by 50% in 2050 compared to 2012 ;

♦ Reduction in fossil energy consumption by 30% in 2030/2012

♦ Share of renewable of 23% of total consumption in 2020 and 32% in 2030, of which: 38% of heat, 15% of transport fuels, 40% of electricity

♦ Share of nuclear energy down to 50% of electricity generation in 2025 (and a cap of 63 Gwe of installed capacity)

♦ Complementary quantitative targets for: – 500 000 thermal retrofitting per year by 2017

– 7 millions loading docks for electric vehicles in 2030

– 1 500 biodigesters between 2015 and 2017


EFF: a “first best scenario”

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%4 pathways and 3 pillars of the energy transition to 2050

Demand Reduction

Share of Renewable

Share of Nuclear

0%

Source: P. Criqui


EFF: The role of building retrofit ♦ Building energy retrofit is a key dimension of energy

demand reduction

♦ In EFF all existing buildings should be retrofitted in 2050, to a high level of energy performance

Source: Carbone 4

EDDEN+CIRED Paris DDPP meeting, 26-27 january 2015 19

The basics of the “energy efficiency gap”

♦ The “dissonance” between social and private discount rates also apply to other energy efficiency options in transport and industry

0

100

200

300

400

500

600

700

0% 20% 40% 60% 80% 100%

€/ s

qm

Energy consumption reduction

Energy budget with retrofitting

Disc energy bill 4%

Disc energy bill 15%

Total cost 4%

Total cost 15%

Retrofitting cost

15% Efficiency Gap 4%

Investment Subsidy ?

Carbon price ?

Source: P. Criqui


EFF: trend changes in transport ♦ EFF supposes a leveling-off and after 2030 a decrease

in total personal mobility

♦ It also supposes that in 2050 EV or HEV represent 2/3 of total vehicle stock (with 28% of gas vehicles)

Source: Carbone 4


The economics of electrical vehicles ♦ The development of electric vehicles may impose additional constraints (but also

advantages) compared to conventional vehicles

♦ If technical barriers are overcome, then the economic balance will depend of the comparison of the extra investment cost and annual energy savings, under hypotheses on the carbon price

♦ 100 €/tCO2 (25 c/l) is probably not sufficient to trigger the market development of EVs

♦ But, depending on the choice of regulation, the value of the “frequency control services” from EVs may represent up to 50% of the yearly fuel economy (source: Perez al. 2014)

ROI / 8 000 € Carbon Value (€/tCO2)

Carbon content of elec. (gCO2/kWh) 0 50 100 400

600 9,7 9,2 8,7 6,6

400 9,7 9 8,4 6

200 9,7 8,9 8,1 5,5

0 9,7 8,7 7,9 5,1

ICE ELE Delta

Vehicle cost € 16 000 24 000 8 000

km/yr 15 000 15 000

l-kWh/100km 5 10

€/l-kWh 1,40 0,15

€/tCO2 100 100

kgCO2/l-kWh 2,5 0,0

CO2 €/l-kWh 0,25 0,00

Annual fuel expense 1 238 225 1 013

ROI 7,9

NB: ROI down to 4 yrs if EV extra cost is 4 000€


EFF: 70% RES with 55% of VREs in power generation

55% VREs

PV 55

WND 85

Source: Carbone 4


The problem of grid integration in high RES scenarios

♦ Similar calculations for France by Grand, Lebrun & Vidil, 2014:

40%

25%

Producing the EQUIVALENT of total electricity demand with RES (Source: F. Wagner 2014)


40%

Storage ?

“First best” and “second best” scenarios: towards a dynamic management of the energy transition

0%

10%

20%

30%

40%

50%

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70%

80%

90%

100%4 pathways and 3 pillars of the energy transition to 2050

Demand Reduction

Share of Renewable

Share of Nuclear

0%

P. Criqui, CNRS IHEST 11 mars 2015 25

Quelle dérive des couts du nucléaire ?

P. Criqui, CNRS IHEST 11 mars 2015 26

EPR 2025: 4 500 €/kWe ?

Londres, Madrid, Paris, Berlin, Rome

Source: PN Giraud, B Lefevre

LA, NY

Beijing, Shanghai

Ville bas carbone, la dimension systémique 1: densités urbaines et émissions des transports (P. N. Giraud)


Dimension systémique 2: de l’importance de la structure urbaine (A. Bertaud)

♦ Distribution spatiale: 1. de la population

2. des déplacements

♦ Des modèles Transports-Usages des sols permettent de construire des scénarios cohérents d’agglomération:

– Monocentrique

– Polycentrique

– Etalée


Le cauchemar du CATO Institute

Dimension systémique 3: Bâtiments et îlots à Energie POSitive, Ecoquartiers, Smartgrids et Ville Bas Carbone

Bâtiments, îlots à énergie positive Plateforme Technologique Smartgrids

ou la nature en ville ? (Caserne de Bonne, grand prix écoquartiers 2009)


La dimension micro-économique: ♦ L’économie d’un plan climat local doit utiliser des critères

de coût-efficacité pour identifier les options à privilégier:

♦Mais il est impossible d’ignorer la dimension systémique, en particulier dans les déterminants du transport

Transports • Planification urbaine

• PDU / PDE

• Transports collectifs

• Véhicules municipaux

• Modes doux

• Véhicules électriques

• …/…

Bâtiments • Rénovation patrimoine municip.

• Logements sociaux

• Programmes OPATB

• Opérations exemplaires TBE

• Eclairage public

• Maîtrise demande électricité

• …/…

Prod./distrib. énergie • Déchets

• Solaire BT / PV

• Biomasse

• Cogénération

• Réseaux chaleur/froid

• Smartgrids

• …/…


Scenarios TRANUS

Combiner approche systémique de la ville et coût-efficacité: projet ÆTIC à Grenoble

(tCO2)

€/tCO2Local Energies

E + T + B

QE + QT +QB

MCE+T+B

Transports Buildings

Q’BQ’TQ’E (tCO2)

€/tCO2Local EnergiesLocal Energies

E + T + BE + T + B

QE + QT +QB

MCE+T+B

QE + QT +QBQE + QT +QB

MCE+T+B

TransportsTransports BuildingsBuildings

Q’BQ’TQ’E

La ville de 2010

Ville 1 en 2030

Compacte

Ville 2 en 2030

Diffuse

Ville 3 en 2030

Polycentrique

(tCO2)


E + T + B

QE + QT +QB

MCE+T+B




E + T + BE + T + B

QE + QT +QB

MCE+T+B


MCE+T+B


Q’BQ’TQ’E

(tCO2)


E + T + B

QE + QT +QB

MCE+T+B




E + T + BE + T + B

QE + QT +QB

MCE+T+B


MCE+T+B


Q’BQ’TQ’E

Courbes de CMR


Conclusion: GIEC-DDPP-DNTE-PCET… SCEQE ♦ La décarbonisation des systèmes énergétiques est un

devoir envers les générations futures (GIEC) ♦ Elle suppose une coordination internationale sur la base

d’efforts convergents et de coopérations technologiques (DDPP)

♦

♦ Au plan national, les voies de la décarbonisation sont plurielles, mais supposent une combinaison de changements techniques et de comportement (DNTE)

♦ Cette double dimension de l’innovation pour la transition doit pour une large part être impulsée dans des politiques énergie climat territoriales (PCET)

La politique énergie-climat européenne doit être relancée et remettre sur pied le marché du carbone (SCEQE)


prospective énergétique et gouvernance multi-échelles des politiques énergie-climat

Environment