Modèles numériques
Les modèles numériques pour appuyer la vision transverse sont clés pour la réussite des ambitions de l’I-Tésé. La capacité à prendre en main et à faire évoluer des outils, en y intégrant les données « propriétaires » dont dispose le CEA, permet de bâtir et de tester des scénarios pour les clients internes et externes, et de contribuer aux feuilles de route du CEA en estimant la valeur que peuvent capter/créer les technologies en développement.
Le choix d’I-Tésé s’est porté sur trois outils clés : TIMES, permettant une vision multi-vecteurs et multi-usages, OPERA, approchant ces mêmes items par une approche en dynamique des systèmes centrée sur la France, et un troisième outil permettant une représentation des systèmes électriques sur un pas horaire (ANTARES).
TIMES : Modélisation par optimisation du système énergétique
Le modèle ‘’The Integrated MARKAL-EFOM System’’ (TIMES) est un modèle technico-économique d’optimisation des systèmes énergétiques qui a été développé par l’Agence Internationale de l’Énergie à travers le programme ‘’Energy Technology System Analysis Program’’ (ETSAP). L’approche de modélisation des systèmes énergétiques est de type Bottom-Up. Il permet une représentation technologique assez précise et détaillée avec une structure modulaire des marchés énergétiques intégrés (modules de ressources, conversion, transport-distribution, stockage et end-users). Cette approche de modélisation de systèmes énergétiques intégrés est essentielle pour :
• Appréhender toute la complexité technico-économique des stratégies industrielles, comme celle de la filière nucléaire ou le déploiement des NTE de sources renouvelables,
• Intégrer la vision et expertise du CEA dans le choix des solutions technologiques sur l’ensemble des filières énergétiques (process technologique, fonctionnement des marchés énergétiques, …),
• Identifier les variables endogènes de la dynamique des marchés d’énergie et de résolution des systèmes prix-coût énergétiques associés à chaque technologie énergétique,
• Évaluer quantitativement les impacts des stratégies mises en place ou alternatives (nouvelles contraintes techniques, systèmes de régulations alternatives, nouveaux investissements, …).
Les travaux de modélisation se font par le biais de l’environnement VEDA et le logiciel GAMS et la résolution du modèle se fait essentiellement par pas annuel, mais des options de résolution pour différents time-slices sont possibles (saisonniers, mensuels, hebdomadaires, day-night).
Référent : Oualid Gharbi
OPERA : Simulateur de scénarios France
OPERA (Outil de Prospective EneRgétique de l'Alliance Nationale de Coordination de la Recherche pour l'Energie ) a été développé en 2017 pour réaliser, par une entrée « experts », des scénarios de transition énergétique en France. Cet outil est un simulateur et un intégrateur (base annuelle) représentant le système énergétique par modules sectoriels de demande (bâtiment, transport, industrie, agriculture, data centers) et modules d’offre (électricité, réseau chaleur et réseau gaz). L’hydrogène, la biomasse (évaluation des potentiels nationaux pour l’énergie) et le parc nucléaire sont également traités par module.
Visant à alimenter le débat national, l’outil a été retranscrit par I-Tésé en 2020/21 en dynamique des systèmes (langage VENSIM) afin de faciliter les modifications de représentations du système énergétique et simuler rapidement les impacts des différents paramètres sur les émissions de CO2.
Référente : Anne Baschwitz
ANTARES : Modélisation du système électrique
Historiquement, RTE a développé le logiciel ANTARES(©RTE) pour l’étude du système électrique français. ANTARES est un logiciel open source d’optimisation linéaire en nombres entiers ; c’est un outil qui optimise uniquement le fonctionnement du système ; les capacités de production et le niveau de la demande finale sont des paramètres d’entrée de l’outil. ANTARES permet l’étude d’un réseau électrique (transport-distribution) de la maille régionale à la maille supra nationale.
ANTARES peut être utilisé dans un cadre plus large que celui des études RTE. Il peut être considéré comme une boîte à outils et permettre l’étude du système électrique décrit de façon plus ou moins complexe en terme spatial ou technologique, mais également être utilisé, après ajustements, pour des études du système énergétique, avec des vecteurs autres que l’électricité : gaz, chaleur, H2.
- Etude de la transition énergétique française sur le fonctionnement du parc nucléaire
L’augmentation des capacités installées d’ENR intermittentes modifie la sollicitation du parc électronucléaire. Cette modification doit être compatible d’un point de vue technique au niveau réacteur (rampe de puissance), mais également au niveau de la gestion du parc dans son ensemble (arrêts pour rechargement, maintenance). Le changement de mix énergétique a également des conséquences économiques qu’il convient d’analyser. C’est l’objectif d’une thèse en cours (3ème année en cours) qui porte sur l’étude de la flexibilité du nucléaire dans le cadre de la transition énergétique. (Lien vers la thèse ou la page)
- Analyse des caractéristiques des séries temporelles historiques
La réalisation d’études avec ANTARES nécessite un grand nombre de paramètres d’entrée dont des séries temporelles relatives à la production des ENR intermittentes (série annuelle à pas horaire). L’analyse des séries temporelles en terme de distributions statistiques peut limiter le nombre de données historiques nécessaires tout en améliorant la qualité des résultats.
- Effet du changement climatique
Il est possible de travailler sur la prise en compte du changement climatique via les séries temporelles relatives aux ENR intermittentes et à la variation de la demande.
Référente : Sophie Gabriel
Bases de connaissance
Disposer de jeux de données pertinents et d’une veille organisée et mutualisée pour appuyer nos modélisations numériques est indispensable à l’établissement d’une vision systémique, à la construction de scénarios et au travail sur les feuilles de route.
Il s'agit d'un projet transverse porté par I-Tésé en collaboration avec les instituts ISEC, IRESNE, ISAS et LITEN du CEA.
Référente : Elvire Leblanc
Méthodes
Le développement méthodologique est un des axes de la feuille de route d’I-Tésé. La finalité retenue n’est pas de développer des méthodes génériques, mais de capitaliser sur les méthodes mises en œuvre pour différents projets avec des industriels et/ou avec des partenaires académiques et autres organismes de recherche.
Ces approches méthodologiques sont capitalisées par les experts d'I-Tésé référents du domaine.
Référent analyse multicritères : Guillaume Boissonnet
Référente dynamique des systèmes : Anne Baschwitz