Exploring options for a fossil-free European energy system : The role of renewable fuels
(2024)
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- (fr) En raison du changement climatique, les sociétés humaines doivent sortir de la dépendance à l’égard des combustibles fossiles. Cependant, les combustibles fossiles sont des sources d’énergie polyvalentes. Elles sont présentes partout dans nos systèmes énergétiques et dans nos vies quotidiennes. L’étude des systèmes énergétiques alternatifs sans combustibles fossiles est une tâche complexe puisqu’elle doit intégrer tous les secteurs consommateurs d’énergie et prendre en compte leurs synergies. En se concentrant sur l’Europe, cette thèse aborde la question de recherche suivante : Comment l’Europe peut-elle se doter d’un système énergétique sans combustibles fossiles d’ici 2050? Pour de nombreuses utilisations, l’électricité peut remplacer les combustibles fossiles. Dans un système où des sources renouvelables produisent de l’électricité, le gain est double. Non seulement le système est basé sur des énergies à bas carbone, mais l’électrification des usages induit une plus grande efficacité. Néanmoins, certaines utilisations d’énergie ne peuvent pas être alimentées par l’électricité et nécessitent encore des combustibles. En raison de leur polyvalence, les combustibles renouvelables dérivés de la biomasse ou de l’électricité sont essentiels pour parvenir à l’élimination totale des combustibles fossiles en Europe. Cependant, des problèmes de coûts de production et d’efficacité existent par rapport à des alternatives comme l’électrification directe. Ces combustibles renouvelables sont des ressources rares et stratégiques. Une approche intégrée à grande échelle spatiale est nécessaire pour étudier leur production et leur utilisation stratégiques. Par conséquent, cette thèse traite du sujet sous-exploré de l’intégration des combustibles renouvelables dans le système énergétique Européen et répond à la question de recherche suivante : Quel est le rôle stratégique des combustibles renouvelables dans un système énergétique Européen sans combustibles fossiles ? Cette thèse développe le modèle d’optimisation EnergyScope Multi-Cells pour répondre à ces deux questions de recherche. Ce modèle multirégional est construit avec une approche toutes-énergies du système énergétique, en tenant compte de tous les secteurs et vecteurs énergétiques. Il est adapté à l’étude d’une forte pénétration des sources d’énergie renouvelables dans le système. Sa structure permet une comparaison directe des combustibles renouvelables avec les alternatives concurrentes. Avec ce modèle, cette thèse analyse un premier scénario (Référence) d’un système énergétique européen sans fossile et sans nucléaire. Elle met en évidence le rôle essentiel des combustibles renouvelables dans les systèmes énergétiques sans combustibles fossiles. Ils fournissent 43% de l’énergie finale. Leur production consomme 52% de l’énergie brute disponible (6449 TWh). Ces carburants sont essentiels pour défossiliser des secteurs spécifiques tels que l’aviation, le transport maritime, le fret, la demande non-énergétique, la chaleur industrielle et les autobus. En outre, ils contribuent à remédier à la disparité spatio-temporelle des sources d’énergie renouvelables, grâce au stockage saisonnier et à l’échange d’énergie entre pays. Pour challenger ce scénario de Référence, nous proposons une méthode hybride combinant l’analyse de scénarios et l’exploration de l’espace quasi-optimal . Nous appliquons cette méthode pour générer douze systèmes alternatifs. Ces alternatives considèrent entre-autres la possibilité d’investir dans le nucléaire ou dans la sobriété énergétique. Ces solutions sont analysées pour souligner les différences et les convergences avec les résultats du premier scénario. Cette analyse met en évidence les compromis clés et les éléments indispensables à un système énergétique européen sans combustibles fossiles. Elle souligne en particulier la nécessité d’un déploiement important de panneaux photovoltaïques et d’éoliennes, pour atteindre au minimum une production d’énergie respectivement 6 fois et 4 fois supérieure à la production actuelle en Europe. La production d’électricité augmente considérablement dans toutes les configurations du système, jusqu’à 3.4 fois la production actuelle. Cette augmentation de la production d’électricité est liée à une forte électrification des services énergétiques, 49 à 62% de la consommation finale d’énergie, et à une production substantielle d’électrocarburants, utilisant de 20 à 50% de la production d’électricité. En outre, le rôle stratégique des combustibles renouvelables apparaît dans toutes les configurations du système. Ils représentent 30 à 45% de la consommation finale d’énergie. Leur rôle dans la gestion des disparités spatio-temporelles est essentiel. Ils transportent 69 à 84% de l’énergie échangée entre les pays et représentent 39 à 54% de la capacité de stockage installée. Sur la base de ces résultats, l’élimination progressive des combustibles fossiles en Europe est réalisable mais nécessite un déploiement massif d’énergies renouvelables telles que l’éolien et le photovoltaïque. De plus, un système énergétique sans énergie fossile dépendra fortement des combustibles renouvelables.
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Thiran, P. (2024). Exploring options for a fossil-free European energy system : The role of renewable fuels. https://hdl.handle.net/2078.5/234254