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Répondre au défi de l’énergieLe rôle de l’IEC de 2010 à 2030 Electrifi cation intelligente - La clé de l’effi cacité énergétique
®
White Paper
3
Introduction
Au cours des prochaines décennies, le monde
devra faire face à des défi s croissants afi n de
fournir l'énergie en quantités suffi santes, tout en
réduisant le niveau des émissions de carbone.
Économiser l'énergie et l’utiliser plus effi ca-
cement, telles sont les clés permettant de répondre
à ces défi s. Dans le monde interconnecté qui est
aujourd’hui le nôtre, nous devons unir nos efforts
pour mettre en œuvre, en matière d'effi cacité
énergétique, des solutions sûres et ayant un impact
réel, tant dans les pays développés que dans les
pays en voie de développement.
Cependant, en l'absence de systèmes de mesure,
tous les efforts visant à réduire et à optimiser la
consommation d'énergie sont voués à demeurer
des coups d’épée dans l’eau. Lord Kelvin, premier
président de l'IEC, avait coutume de dire: « Vous
ne pouvez pas améliorer ce que vous ne pouvez
pas mesurer ». C’est particulièrement vrai dans le
domaine qui nous intéresse: sans mesures, il est
impossible de rendre compte de façon crédible des
progrès réalisés en termes d'effi cacité énergétique.
L'IEC fournit et continuera de fournir bon nombre
des normes de mesure qui servent de base aux
analyses comparatives, aux audits énergétiques et
aux évaluations de la conformité.
Mais l'IEC détient également une pièce maîtresse
de l'effi cacité énergétique mondiale: l'électrifi cation
intelligente.
L'électricité est la forme d'énergie la plus facile à
maîtriser. L'IEC estime que l'électricité sera le plus
grand contributeur à l’atténuation du changement
climatique. On la contrôle aisément et elle est
dénuée de masse. Plus simple à transporter et à
distribuer, elle est aussi plus propre sur son lieu
d'utilisation que la plupart des autres sources
d'énergie, et peut être produite proprement sur
son lieu de production. Elle représente le mode le
plus effi cace de production et de consommation
d’énergie et constitue l'approche la plus intelligente
dans le cadre des futurs efforts globaux visant à
économiser l'énergie.
Dans ce white paper, l'IEC jette les bases d'une
discussion à propos de l'effi cacité de l’énergie
électrique.
Pour déterminer les points essentiels sur lesquels
concentrer son travail, l'IEC a étudié la gamme
étendue des opportunités et des technologies
disponibles en matière d'effi cacité énergétique.
Sur cette base, elle a développé un modèle de
prévision de ce qui est susceptible de se produire
au cours des 20 prochaines années.
Ce document livre un résumé de ces réfl exions et
propose une feuille de route ainsi qu’un ensemble
de recommandations qui permettront à l'IEC
de mettre au point les normes nécessaires pour
atteindre, à court et à long terme, les meilleurs
résultats dans le domaine de l'effi cacité énergétique
d’aujourd'hui et de demain.
Le présent white paper a été élaboré par le
Bureau de stratégie des marchés (Market Strategy
Board ou MSB) de l'IEC. Le MSB a été créé par
l'IEC en vue d'identifi er les grandes tendances
technologiques et les principaux besoins du
marché dans les domaines d'activité de l'IEC. Il
défi nit des stratégies destinées à maximiser les
informations obtenues des marchés importants et
établit des priorités pour les travaux techniques et
d'évaluation de la conformité menés par l'IEC, afi n
d’optimiser les réponses apportées par celle-ci
pour faire face aux besoins de marchés innovants
et en évolution constante.
4
Introduction
Le MSB se compose de 15 responsables de
la stratégie technologique de grandes sociétés
industrielles, ainsi que des dirigeants de l'IEC
(membres de plein droit).
Résumé
La Section 1 expose le problème de la demande en
énergie, le défi énergétique auquel vient s'ajouter le
défi climatique, avec un bref résumé des principaux
points d'action.
La Section 2 énumère les leviers disponibles et leur
potentiel en matière de réduction des émissions de
CO2 et d'augmentation de l'effi cacité énergétique.
La Section 3 propose une défi nition de l'effi cacité
énergétique, en dressant un inventaire des
innovations technologiques qui sont aptes, dès à
présent, à accroître de façon signifi cative l'effi cacité
énergétique de la production d'électricité. Elle
décrit également, dans les grandes lignes,
l'utilisation de l'électricité et les améliorations
potentielles relatives à l'effi cacité des bâtiments,
des logements, de l'industrie et des transports.
La Section 4 aborde les possibilités de réduction
des émissions de CO2 dans la production
d'électricité, ainsi que la capture et le stockage du
carbone.
La Section 5 livre une analyse de sensibilité
concernant l'impact mondial de différents
scénarios énergétiques et leur aptitude à réduire
les niveaux d'émission de carbone à long terme.
La Section 6 détermine ce qui doit changer dans
la chaîne énergétique pour atteindre les niveaux
d'émission de CO2 pouvant aider l'humanité à
atténuer les effets du changement climatique.
La Section 7 donne un résumé des facteurs
essentiels à la mise en œuvre réussie des solutions
énergétiques, tandis que dans la Section 8, le
MSB, auteur du présent document, délivre des
recommandations clés à l'IEC.
5
Sommaire
Section 1 Énoncé du problème 9
1.1 Économie 9
1.2 Population 9
1.3 Demande en énergie 9
1.4 Répartition par régions de la population et de la demande en énergie 9
1.5 Répartition par type d'énergie produit 10
1.6 Répartition par type d'énergie utilisé 10
1.7 Émissions de dioxyde de carbone (CO2) 10
1.8 Le défi 11
Section 2 Cadre d’élaboration des solutions 13
2.1 Paramètres à prendre en compte 13
2.2 Domaines d'action
CO2 = P x [E / P] x [CO
2 / E] 13
2.3 Leviers disponibles 14
2.4 Perspectives d'évolution 16
Section 3 Effi cacité énergétique 19
3.1 Effi cacité énergétique: défi nition 19
3.2 La chaîne actuelle de l’énergie électrique 19
3.3 Production d'électricité à partir de combustibles fossiles 21
3.4 Cogénération (production combinée de chaleur et d’électricité, PCCE) 22
3.5 Piles à combustible, y compris les utilisations associées à la PCCE
et à la gazéifi cation du charbon 22
3.6 Transmission et distribution (T&D) 23
3.7 Utilisation de l'électricité dans les bâtiments 24
3.8 Utilisation de l'électricité dans l'industrie 26
3.9 Électrifi cation des transports 26
6
Sommaire
Section 4 Réduction des émissions de dioxyde de carbone –
« décarbonisation » 29
4.1 Énergies renouvelables (ER) 29
4.2 Production nucléaire 30
4.3 Capture et stockage du CO2 (carbone) (CSC) 31
Section 5 Ces mesures sont-elles suffi santes? Analyse de sensibilité 33
5.1 Scénario « rien ne change » (BAU) 33
5.2 Améliorations liées aux technologies immédiates visées aux Sections 3 et 4 34
5.3 Stratégies plus agressives dans la production d'électricité et dans d'autres secteurs 34
5.4 Résultats de l'analyse de sensibilité 34
Section 6 Nouvelle spécifi cation: la future chaîne énergétique 37
6.1 Nécessité d'une nouvelle spécifi cation et rôle des architectures de référence 37
6.2 Architectures de réseau 37
6.3 Architectures côté utilisateurs fi naux de l'énergie et de l'électricité 39
6.4 Stockage de l'énergie et de l'électricité 42
6.5 Micro-réseaux 43
6.6 Problèmes soulevés par la future chaîne énergétique 44
Section 7 Facteurs clés d’une mise en œuvre réussie 47
Section 8 Recommandations 49
8.1 Virage conseillé dans l'orientation fondamentale de l'IEC 49
8.2 Recommandations générales 50
8.3 Recommandations détaillées 52
8.4 Liste de technologies 53
7
Sommaire
Annexes 55
Annexe A Demande mondiale en énergie primaire par combustible dans le Scénario de référence 55
Annexe B Scénarios relatifs aux émissions de gaz à effet de serre et à la hausse de température 56
Annexe C Réductions des émissions de CO2 liées à l'énergie selon les Scénarios 550 et 450 57
Annexe D Évaluation systématique de l'effi cacité et de la réduction du CO2 58
Annexe E Centrale électrique à cycle combiné 60
Annexe F Système de pile à combustible à gazéifi cation intégrée, IGFC 61
Annexe G Analyse de l'utilisation de l'énergie dans les bâtiments – quelques chiffres 62
Annexe H Exemple d'architecture de référence pour la manutention des matériaux 66
Annexe J Énergie nucléaire de 4ème génération 67
Annexe K Capture et stockage du carbone 69
Annexe L Analyse de sensibilité des mesures de réduction du CO2 70
Annexe M Le projet DESERTEC 74
9
Les informations contenues dans cette section
s'appuient en grande partie sur une publication
de l'Agence internationale de l'énergie (AIE,
Perspectives énergétiques mondiales 20081),
complétée par des données provenant du secteur
de l'électricité.
1.1 Économie
On prévoit un quadruplement de l'économie
mondiale d'ici 2050, et une croissance
nationale quasi décuplée dans des pays tels
que la Chine et l'Inde.
Bien que laissant présager des avantages
économiques et une amélioration spectaculaire
du niveau de vie, une telle croissance ira de pair
avec une forte augmentation de la consommation
d'énergie. Une pression insoutenable sur les
ressources naturelles et sur l'environnement
s’avère inévitable si la croissance économique
n'est pas découplée de la demande énergétique,
et notamment de la demande en énergie issue des
combustibles fossiles.
1.2 Population
Il est prévu que la population mondiale passe
d'environ 6.5 milliards en 2006 à 8.2 milliards en
2030, selon un taux de croissance annuel moyen
de 1 %. Ce rythme va probablement connaître
un ralentissement progressif sur la période
de projection, conformément aux tendances
passées. En effet, la croissance démographique
1 Le contenu de la dernière publication, AIE, Perspectives
énergétiques mondiales 2009, n’en diffère pas de manière
signifi cative.
Section 1 Énoncé du problème
annuelle a été de 1.4 % de 1990 à 2006. Les
pays n'appartenant pas à l'OCDE continuent,
dans leur ensemble, à enregistrer la croissance
démographique la plus rapide.
1.3 Demande en énergie
Les populations croissantes et les pays en voie
d'industrialisation ont d’énormes besoins en
énergie électrique. Dans le scénario de référence
de l'Agence internationale de l'énergie (AIE),
lequel suppose l'absence de nouvelles politiques
gouvernementales, autres que celles de mi-2008
(ce que l'on appelle le scénario du « rien ne change »
de l’anglais « business as usual », BAU), il est prévu
que la demande en énergie primaire mondiale
augmente de 45 % entre 2006 et 2030 – ce qui
représente un taux de croissance annuel moyen
de 1.6 % – et qu’elle double (soit une augmentation
de 100 %) en 2050. Pour sa part, la demande en
électricité aura triplé vers 2050.
1.4 Répartition par régions de la
population et de la demande
en énergie
Aujourd’hui, 1.6 milliard de personnes n'ont
pas accès à l'énergie électrique; cependant,
elles auront besoin d'électricité dans les décennies
à venir. En outre, la plupart des futurs habitants
de la planète vivront dans des pays actuellement
en voie de développement. Par conséquent, toute
mesure affectant l'effi cacité énergétique ou la
consommation d'énergie doit prendre en compte
le fait que la nouvelle demande en énergie sera
concentrée dans des pays où les infrastructures
10
Énoncé du problème
de distribution d'énergie n'ont pas encore atteint
le niveau adéquat pour répondre à l'accroissement
de la demande.
En 2006, les villes représentaient 67 % de la
consommation d'énergie mondiale et 71 % des
émissions mondiales de CO2 liées à l'énergie, un
taux par habitant plus élevé que les campagnes.
1.5 Répartition par type d'énergie
produit
Les secteurs de la production de chaleur et
d’électricité absorberont conjointement une part
croissante de la demande en énergie primaire
mondiale au cours de la période de prévision.
Cette part sera de plus de 42 % en 2030, contre
38 % en 2006.
Les combustibles fossiles demeureront les
principales sources d'énergie – environ 80 %
en 2030 (voir Annexe A). Le charbon demeure la
principale source pour la production d'électricité et
de chaleur, la part qu’il représente par rapport à la
totalité des ressources restant stable (environ 47 %)
pendant la période considérée. Le pétrole reste le
principal combustible dans le bouquet énergétique
primaire, mais sa part tombe de 34 % en 2006 à
30 % en 2030, tandis que celle du gaz passe de
21 % à 23 %. La contribution de l'énergie nucléaire
chute de 16 % en 2006 à 13 % en 2030. La part de
l'hydroélectricité reste stable à 6 %. Les ressources
issues des énergies renouvelables non-hydrauliques
– photovoltaïque (PV), éolienne, biomasse et
déchets – connaîtront une progression mondiale de
6.2 % par an en moyenne entre 2006 et 2030, soit
la progression la plus rapide de toutes les sources
d'énergie avec une part atteignant 10 %, tout en
restant une source d’énergie limitée en 2030.
1.6 Répartition par type d'énergie
utilisé
Selon AIE, Perspectives énergétiques mon-
diales 2008, l'industrie, les transports et les
bâtiments et services2 sont des consomma-
teurs d'énergie primaire quasiment égaux
(¹⁄ ³ chacun). Si l’on s’attache non pas à l'énergie
primaire mais à l'énergie électrique, il est essen-
tiel de souligner que l'industrie en consomme près
de la moitié, le reste étant consommé par tous les
autres secteurs.
Dans l'industrie et les bâtiments et services,
l'électricité domine, avec le rythme de croissance
le plus rapide. Dans les transports, l'électricité est
quasiment absente, mais le développement de
son utilisation pourrait constituer une composante
importante de la solution. L'industrie présente la
croissance la plus rapide, tandis que les bâtiments
et services affi chent la croissance la plus lente.
1.7 Émissions de dioxyde de
carbone (CO2)
Actuellement, les émissions de CO2 liées à
la consommation d'énergie atteignent un
niveau de 28 Gt (gigatonnes de CO2 par an),
ce qui équivaut à 70 % des émissions totales
de gaz à effet de serre (GES). La production
d'électricité ne représente pas loin de la moitié de
ces émissions, avec environ 11 Gt.
Si aucune mesure spéciale n'est adoptée (dans ce
qu'on appelle le scénario de référence ou scénario
« rien ne change » de l’anglais « business as
usual », BAU), l'AIE prévoit dans ses Perspectives
énergétiques mondiales 2008 que les émissions
atteindront 42 Gt en 2030 et 62 Gt en 2050; un tel
scénario pourrait entraîner une augmentation des
températures mondiales pouvant aller jusqu'à 6 °C
(voir Tableau 1.1).
De toute évidence, une telle situation est intenable.
Le Groupe d’experts intergouvernemental sur
l’évolution du climat (GIEC de l’ONU) a démontré
que pour limiter à 2 °C la hausse de température,
il est nécessaire que la concentration de CO2 dans
2 Dans ce white paper, l'expression « bâtiments et services »
inclut également l'agriculture.
11
Énoncé du problème
Tableau 1.1 | Émissions de CO2 dans
le scénario BAU (réf.: Tableau L.1)
Émissions
de CO2 liées
à la consom-
mation
d'énergie
y compris:
Émissions
de CO2
issues de la
production
d'électricité
Aujourd'hui 28 Gt 10.8 Gt
2030 42 Gt 17.8 Gt
2050 62 Gt 29 Gt
1.8 Le défi
Nous sommes confrontés à un double défi : un
défi purement énergétique, auquel s’ajoute un défi
climatique. Il est nécessaire d’adopter une nouvelle
stratégie qui ne soit pas locale mais mondiale.
Cette stratégie doit découpler la consommation
d'énergie du développement et de la croissance
économiques.
En résumé, le défi consiste à assurer la disponibilité
de l'énergie et à préserver l'environnement. Les
éléments clés sont les suivants:
1) Stabiliser l'impact climatique de la
consommation des combustibles fossiles
2) Répondre à la demande énergétique d'une
population mondiale en croissance
3) Mettre l'électricité à la disposition des
1.6 milliard de personnes qui n'y ont pas
accès
4) Assurer à toutes les nations un accès
stable et sûr à l'énergie
5) Transporter l'électricité sur de longues
distances, du point de production au
point de consommation
Le défi en chiffres à l’horizon 2050:
1) la demande en énergie va augmenter
selon un facteur deux,
2) simultanément, les émissions de CO2
doivent être réduites d'un facteur deux,
le résultat quantitatif à atteindre correspond
donc à un facteur quatre.
Le présent document est produit par une organisation
dont les responsabilités n’englobent pas toutes les
formes d’énergie, mais seulement l’énergie électrique.
Cependant, pour une discussion cohérente, il est
nécessaire dans certains contextes de traiter de
toutes les formes de production et d’utilisation
d’énergie.
l'atmosphère reste inférieure à 450 ppm (parties
par million), de sorte qu’en 2050, le monde ne
doit pas émettre plus de la moitié des GES
actuellement émis. L'Annexe B et l'Annexe C
présentent une comparaison de trois scénarios,
le scénario BAU, le scénario des 450 ppm et un
scénario intermédiaire sur la base de 550 ppm.
13
2.1 Paramètres à prendre en
compte
1) Une atténuation de l'impact du change-
ment climatique est économiquement im-
portante, voire essentielle
Comme indiqué dans le Stern Review Report3,
l'absence d'action coûtera entre 5 % et 20 %
du produit national brut mondial, tandis que
l'action ne coûtera que 1 % du PNB.
2) L'atténuation de l'impact du changement
climatique est soutenue politiquement
Les engagements politiques en faveur de la
réduction des émissions de CO2 constitueront
le cadre de l'action pour les 30 prochaines
années:
Kyoto a initialement décidé une réduction
de 8 % des émissions par rapport au
niveau de 1990 pendant la période courant
jusqu'à 2012
En mars 2007, le Conseil européen de
printemps a tablé sur une réduction d'au
moins 20 % du niveau de 1990, à l’horizon
2020
Certains pays visent une réduction de 50 %
de moins que le niveau de 1990, en 2050
Suivi de Copenhague, Bonn, Cancún, etc.
3) L’électricité doit être une composante clé
de la réponse
31 % des combustibles fossiles mondiaux
consommés chaque année sont consacrés
à la production d'électricité
3 http://webarchive.nationalarchives.gov.uk/+/http://www.
hm-treasury.gov.uk/independent_reviews/stern_review_
economics_climate_change/stern_review_report.cfm.
Section 2Cadre d’élaboration des solutions
¹⁄³ de l'énergie fi nale consommée par
l'industrie provient de l'électricité, avec un
taux de progression de 2.7 %
L'énergie utilisée dans les bâtiments et
services provient également, pour un tiers,
de l'électricité, avec un taux de progression
de 2.3 %
L'introduction de l'électricité dans les
transports permettra de mieux contrôler
l’énergie utilisée et de réaliser des
économies
L'électrifi cation de diverses autres applica-
tions de l'énergie contribuera à accroître
l'effi cacité
2.2 Domaines d’action
Le problème pourrait être posé dans les termes
suivants: plus il y a d’habitants, plus il y a d'énergie
utilisée; plus il y a d'énergie utilisée, plus il y a
d'émissions de dioxyde de carbone; plus il y a
d'émissions de dioxyde de carbone, plus le climat
se détériore. De façon un peu plus formelle: à tout
moment, les émissions totales de CO2 sont égales
à la population, que multiplie la quantité d'énergie
utilisée par personne, que multiplie la quantité de
CO2 émis par unité d'énergie utilisée:
CO2 = P × [E/P] × [CO
2/E]
CO2 = Quantité de CO
2 émise
P = Population
[E/P] = Énergie utilisée par habitant
[CO2/E] = CO
2 émis par unité d'énergie utilisée
14
Cadre d’élaboration des solutions
Nous supposerons que P, la population, est une
valeur donnée (voir Section 1.2). Pour réduire les
émissions de CO2, nous devons donc agir sur les
quantités [E/P] et [CO2/E] (voir également Annexe C).
Agir sur la quantité [E/P], c’est agir sur
l'effi cacité énergétique. Il est possible d'agir
sur cette quantité à court, moyen et long
terme. L'action à court terme permet d’ores
et déjà d’obtenir des résultats signifi catifs. Les
deux éléments stratégiques sont l'utilisation
effi cace de l'électricité et le remplacement
par l'électricité d’une partie des combustibles
fossiles consommés.
L'action sur la quantité [CO2/E] passe par la
décarbonisation de l'énergie, le choix d'éner-
gies qui émettent moins ou pas de carbone
(énergies renouvelables, biocarburants, cap-
ture et stockage du carbone (CSC) et énergie
nucléaire). Les résultats s’inscrivent dans le
moyen et le long terme.
Parmi les options tactiques disponibles, citons:
l'investissement – investir pour réduire la
consommation d'énergie par personne, et les
émissions de CO2 par unité d'énergie consommée;
les technologies – identifi er les technologies et
les stratégies qui sont les plus rentables en matière
de réduction de CO2 (à noter que ces technologies
et stratégies varieront d'un pays à l'autre); et
l'action individuelle – investissements privés et
publics (par ex. l'achat d'appareils énergétiquement
effi caces ou majoration des prix de l'électricité
pour fi nancer les investissements), et changement
des comportements pour se tourner vers des
actions moins énergivores.
2.3 Leviers disponibles
2.3.1 Inventaire et potentiel des actions
Il est possible de recourir aux actions suivantes
pour réduire les émissions de CO2 liées à la
production et à la consommation d'électricité.
Dans la plupart des cas, ces actions ont trait à des
technologies éprouvées.
Réduire l'énergie utilisée par le consommateur
fi nal grâce à une augmentation de l'effi cacité
énergétique
– À l’heure actuelle, les technologies dispo-
nibles et éprouvées permettent de réaliser
des économies pouvant atteindre 30 %
– Cela passe par une mise en œuvre mas-
sive, non seulement dans les installations
nouvelles, mais également dans les instal-
lations existantes
– Il est possible d’agir sur le comportement
du consommateur fi nal pour réduire les
activités énergivores
Réduire les pertes de transmission et de
distribution (9 % actuellement)
– Le bénéfi ce sera conforme à la proportion
actuelle
Améliorer l'effi cacité de la production (seul un
tiers de l'énergie primaire utilisée est disponible
sous forme d’énergie électrique)
– Il faudra du temps et des moyens pour
transformer les installations existantes de
production d'électricité
– Le charbon est encore disponible et bon
marché dans de nombreux pays
Développer les énergies renouvelables et
en particulier la production décentralisée,
quasiment exemptes de CO2
– Il existe des limites économiques (néces-
sité de subventionner les coûts) et des
contraintes physiques (terrains dispo-
nibles, vents, ...)
Remplacer le bouquet d’énergies fossiles par
des combustibles émettant moins de CO2
(moins de charbon, cogénération, nucléaire,
turbines à gaz à cycle combiné, ...)
15
Cadre d’élaboration des solutions
– En ce qui concerne l'effi cacité de la
production, l'existence de centrales élec-
triques impossibles à transformer retarde-
ra les résultats réels
Limiter les émissions de CO2 sur le lieu de
production via la capture et le stockage du
carbone
– La technologie ainsi qu'un modèle
commercial viable restent à démontrer
Électrifi er les transports, actuellement dépen-
dants à 99 % des combustibles fossiles (pé-
trole), pour accroître leur effi cacité énergétique
2.3.2 Mesure et évaluation
des réponses possibles
L'électricité est un facteur clé de l'effi cacité éner-
gétique pour autant que son utilisation soit évaluée
et régulée. La mesure et l'évaluation dépendent
étroitement d'un petit nombre de notions de base.
Les calculs doivent être effectués, autant que pos-
sible, en termes d'énergie électrique et doivent être
vérifi és de façon à appréhender les avantages de
la régulation. Pour la totalité du cycle de l'énergie
électrique, depuis la production jusqu'à la consom-
mation, c'est-à-dire à la fois pour la production,
la transmission et la distribution, et dans chaque
secteur d'application, il est nécessaire de défi nir
des indicateurs EEE et de mesurer l'effi cacité à
chaque étape propre au secteur. Pour chacune
des valeurs mesurées, il faut enregistrer l'améliora-
tion qui peut être obtenue grâce à l’application de
la Meilleure technologie disponible (MTD). La
réduction des émissions de CO2 doit être fondée
sur des informations explicatives complètes por-
tant sur les ressources de production et sur toute
ressource supplémentaire utilisée; des données
de performances, telles que l'effi cacité de la pro-
duction, du stockage et de la transmission; et des
émissions de CO2 calculées par analyse du cycle
de vie (ACV) des processus d'infrastructure (voir
également Annexe D).
En résumé, les deux aspects suivants revêtent une
importance cruciale:
1) Une approche systémique prenant en
compte la totalité du cycle s’impose
2) La mesure et l'évaluation sont nécessaires
à chaque étape
Le secteur des transports prendra graduellement
de l'importance, notamment à mesure que les
véhicules électriques gagneront en popularité, mais
pour l’heure, il n'a pas été pris en considération
dans le présent paragraphe.
2.3.3 Effets de l'électrifi cation
Les méthodes d'évaluation de l'effi cacité
énergétique doivent tenir compte des effets de
l'électrifi cation, c'est-à-dire de la migration vers
l’énergie électrique des activités consommatrices
d’une énergie d'une autre source (typiquement
les énergies fossiles). On peut s'attendre à des
réductions importantes tenant essentiellement
au fait que l'électricité se régule et se mesure
extrêmement bien, ainsi qu’à sa polyvalence la
rendant utilisable dans diverses applications. En
général, la réduction nette de l'énergie consommée
est égale à la différence entre la réduction obtenue
par l'électrifi cation et l'énergie consommée par
l'action d'électrifi cation elle-même (voir Figure 2.1).
2.3.4 Effets des technologies de l'informa-
tion et de la communication (TIC)
Les méthodes d'évaluation de l'effi cacité énergé-
tique doivent également prendre en compte l'in-
troduction ou la diffusion intelligente des TIC. Par
exemple, si les communications électroniques se
substituent au déplacement physique des per-
sonnes, la consommation de combustibles fos-
siles diminuera. En règle générale, la réduction
nette de l'énergie consommée est égale à la dif-
férence entre la réduction obtenue par l'utilisation
16
Cadre d’élaboration des solutions
des TIC et l'énergie consommée par les outils de
TIC eux-mêmes (voir Figure 2.2).
2.3.5 Modifi cation des comportements
Il est à prévoir que la modifi cation des compor-
tements individuels et de la société aura des ef-
fets spectaculaires. Cela peut aller de la décision
– comme nous l’avons suggéré plus haut – de
tenir une « réunion » en utilisant des moyens élec-
troniques, jusqu'à la transformation radicale des
activités de loisirs de la population, en passant
par le choix de moyens de transport neutres pour
l'environnement, et cela impliquera, entre autres
déclencheurs, une action individuelle spontané-
ment mue par le souci de la nature, l'émulation et
l'évolution des modes, des incitations facultatives
(par ex. fi nancières) et des réglementations impo-
sées. Bien que du point de vue de la société, les
changements de comportement puissent consti-
tuer le levier décisif et doivent donc être mis en
avant dans tous les contextes pertinents, ce white
paper ne s’attachera pas à livrer des analyses ou
des recommandations détaillées. En effet, pour
l'IEC, comme dans d'autres contextes techniques
et dans le domaine des normes internationales
en général, il n'est pas judicieux d'agir (ou même
d'exprimer des opinions) avant d’avoir perçu des
signaux concrets de la part de la société et des
gouvernements.
2.4 Perspectives d'évolution
Aujourd'hui, la production d'énergie est
principalement centralisée, la transmission et la
distribution d'énergie s'effectuent dans une seule
direction – de la centrale de production vers le
consommateur – et l'énergie est utilisée par des
consommateurs qui ne voient que le résultat fi nal
sans disposer d’informations sur l'utilisation de
l'énergie électrique en général. Le Tableau 2.3 et le
bref commentaire ci-dessous donnent un aperçu
de certaines évolutions prévisibles.
Pour la production d'électricité, on peut
s'attendre à ce que, à l’horizon 2020, la
production d'énergie reste essentiellement
centralisée, avec l’utilisation de combustibles
fossiles, mais la production décentralisée sur le
lieu de consommation fera son apparition, avec
l'utilisation des énergies renouvelables (entre
10 % et 20 %). En gardant présents à l'esprit cette
évolution et des plans de production décentra-
lisée d’énergies renouvelables, il paraît pertinent
de prévoir que la part d’énergies renouvelables
dans la consommation énergétique totale passe
d'environ 8 % aujourd'hui à environ 40 % en 2050.
Réduction totale de la consommation d'énergie = – Énergie consommée pour la mise
en œuvre de l'électrifi cationRéduction de la consommation
d'énergie utile par l'électrifi cation
Figure 2.1 | Réduction de la consommation d'énergie par l'électrifi cation
Réduction totale de la consommation d'énergie = – Énergie consommée
par les outils de TIC utilisés
Réduction de la consommation d'énergie utile
par l'utilisation des TIC
Source: “ Deliverable 1: Defi nition ”, Focus Group on ICTs and Climate Change, ITU-T
Figure 2.2 | Réduction de la consommation d'énergie par l'utilisation des TIC
17
Cadre d’élaboration des solutions
Pour la transmission et la distribution, de
grands réseaux CA/CC seront interconnectés, et
le consommateur combinera consommation et
production d'énergie. La conception des réseaux
évoluera vers un ensemble de petits et grands
réseaux interconnectés. La Figure 6.1 montre un
schéma de réseau qui regroupe la production, le
transport et la distribution d'énergie.
Pour l'utilisation de l'énergie, la relation entre
producteur et consommateur sera de type
bidirectionnel, la mesure de la consommation
d'énergie permettant des stratégies d'utilisation
fl exibles et négociées.
En ce qui concerne les bâtiments/services, les
bâtiments joueront un rôle actif: non seulement ils
consommeront de l'énergie, mais ils en produiront
également. Grâce aux technologies de l'information
et de la communication (TIC), ils seront en mesure
de s'adapter aux variations des conditions
intérieures (par ex. différents niveaux d'activité)
et des conditions propres au réseau. Toutes les
installations du bâtiment seront intégrées dans
Tableau 2.3 | Perspectives d'évolution
Aujourd'hui 2020 2030 et au-delà
Production Centralisée Centralisée (avec
davantage de production
thermique et nucléaire
plus effi caces)
Décentralisée
Énergies renouvelables
(10 % à 20 %)
Fossile et nucléaire
centralisées
Renouvelables
centralisées et
décentralisées (40 % à
45 %)
Micro-réseaux
Transmission
et distributionGrande échelle
Flux d'énergie:
unidirectionnel,
commandé par les
technologies de
l'information (IT)
Flux d'énergie: essentiellement unidirectionnel, UHVAC (courant alternatif très haute tension) et UHVDC (courant continu très haute tension) commandé de façon optimale par IT
Réseaux majeurs
utilisant l’UHVAC et
l’UHVDC, commandé de
façon optimale par IT
Réseaux interconnectés
Petite
échelle
Flux d'énergie:
unidirectionnel
Début du passage de
l’unidirectionnel au
bidirectionnel
Flux d'énergie:
bidirectionnel
Développement et
introduction de la
commande par IT
Flux d'énergie:
bidirectionnel
Interconnecté et
commandé de façon
optimale par IT
Utilisation Les consommateurs
n'ont aucune information
sur l'utilisation
Données d'utilisation
intelligente
Consommateurs en
passe de devenir
également des
producteurs
Les consommateurs
peuvent optimiser leur
consommation, leur
production et leurs
émissions de CO2 via
des systèmes de gestion
de l'énergie
Déploiement d'une
utilisation fi nale très
effi cace
18
Cadre d’élaboration des solutions
un système global de gestion du bâtiment et de
l'énergie faisant appel aux TIC et à des capteurs
répartis.
Les véhicules électriques seront équipés
d'interfaces permettant de les intégrer au réseau;
on aura recours à la technologie de stockage de
l'énergie.
19
Section 3Effi cacité énergétique
3.1 Effi cacité énergétique:
défi nition
L'effi cacité énergétique englobe l'effi cacité totale
des activités humaines consommant de l'énergie
et pas uniquement l'effi cacité mesurable d'un
processus unique. Elle repose donc sur deux
effi cacités complémentaires: l'effi cacité d'une
action ou d'un processus donné – faire la même
chose mais avec moins d'énergie; et l'effi cacité
des choix effectués – modifi cation de systèmes
et de comportements sociaux de façon à utiliser
moins d'énergie au total.
Pour illustrer le premier aspect, il est possible
d’optimiser les composants électriques et
électroniques en élaborant des normes minimales
de rendement énergétiques (MEPS). À titre
d'exemple supplémentaire, les deux aspects seront
nécessaires pour accroître l'effi cacité énergétique
des activités industrielles: non seulement des
processus individuels devront être optimisés, mais
une architecture globale fondée sur une approche
systémique permettra également de sélectionner
et de redéfi nir des processus de façon à augmenter
l'effi cacité globale.
Dans Perspectives énergétiques mondiales 2008,
l'AIE a identifi é l'effi cacité énergétique comme le
moyen le moins coûteux et le plus effi cace à court
et moyen terme pour lutter contre le changement
climatique.
L'effi cacité énergétique est avantageuse sur trois
plans:
1) réduire les émissions de CO2,
2) économiser sur les ressources naturelles rares
et limiter leur épuisement,
3) réduire les coûts d'énergie.
3.2 La chaîne actuelle de l'énergie
électrique
Aujourd'hui, la production d'électricité représente
31 % de l'utilisation totale des combustibles
fossiles, et environ 40 % de la totalité des émissions
de CO2 liées à l'énergie. Cependant, les deux tiers
du combustible utilisé pour produire de l'électricité
sont perdus lors de la production et 9 autres pour
cent le sont lors de la transmission/distribution
(voir Figure 3.1).
Au plan de l'utilisation fi nale, près de la moitié est
consacrée aux applications industrielles, et le reste
se partage pour moitié environ entre les bâtiments
résidentiels et les bâtiments de services/commerce
(voir Figure 3.2).
En résumé:
Seul un tiers de l'énergie primaire utilisée dans
la production est transformée en électricité.
Les pertes lors de la transmission et la
distribution (T&D) s'élèvent à environ 9 %.
Concernant l’utilisation fi nale,
– les quantités d'électricité utilisées dans les
bâtiments/services et dans l'industrie sont
sensiblement égales;
– la quantité d'électricité utilisée dans les
transports est actuellement très limitée.
Il en résulte que:
Les technologies éprouvées permettent actuellement une économie pouvant atteindre 30 %, de fait l'effi cacité énergétique au niveau de l'utilisation fi nale devrait être mise en œuvre sans plus attendre et massivement. Le rôle des normes consiste à favoriser ce déploiement.
20
Effi cacité énergétique
Valeurs 2009 extrapolées de l’AIE et US DOE WEO
Schneider Electric JJ MARCHAIS 15 juin 2009
T&D loss = 9 %
60 000 TWh
20 000 TWh
18 200 TWh
Énergie primaire pour
la production d'électricité
Électricité produite
Perte T&D = 9 %
Électricité distribuée
60 000 TWh
Transformation-production
Facteur de perte = 3
Perte = 40 000 TWh
20 000 TWh
Perte = 1 800 TWh
18 200 TWh
Figure 3.2 | Utilisation fi nale de 18 200 TWh d'électricité fournie
Distribution de l’électricité par utilisation fi nale
10 000
9 000
8 000
7 000
6 000
5 000
4 000
3 000
2 000
1 000
0
TW
h
250
Transports Commercial Résidentiel Industriel
4 250
4 800
8 900
Figure 3.1 | Pertes dans la chaîne énergétique actuelle
21
Effi cacité énergétique
Un accroissement de l'effi cacité de la production
peut avoir un effet signifi catif, mais il faut du
temps pour mettre en œuvre la recherche et
le développement de nouvelles technologies.
Les normes ont pour rôle de soutenir le
développement de ces nouvelles technologies.
Dans la transmission et la distribution (T&D), une
réduction proportionnelle du pourcentage de
perte n'aura pas beaucoup d'impact, à valeurs
constantes, dans la mesure où le taux de perte
moyen n'est pas élevé. Toutefois, à mesure que
les besoins énergétiques et, en particulier, la
quantité d’énergie distribuée augmenteront, le
moindre point de pourcentage de perte sera
signifi catif. À l’heure actuelle, il existe aussi
des situations particulières où les pertes de
T&D sont nettement supérieures à la moyenne,
et où un impact plus important est également
prévisible.
Voir la Section 5 pour une analyse des effets des
améliorations à différentes étapes de la chaîne
énergétique.
3.3 Production d'électricité à partir
de combustibles fossiles
La production centralisée à grande échelle
continuera à jouer un rôle clé dans la production
d'électricité, et les progrès technologiques dans
ce domaine, y compris dans celui des énergies
renouvelables, sont donc tout aussi importants. Les
points suivants sont essentiels pour la production
d’électricité à partir de combustibles fossiles:
Améliorations de l'effi cacité de la production
d'énergie thermique
Transfert de technologie de ces améliorations
vers tous les pays concernés
Capture et stockage du CO2 (voir Section 4.2)
Dans l'idéal, il convient d'utiliser moins de
combustibles fossiles, tant pour réduire les
émissions de CO2, qu’en raison de l'épuisement
des ressources naturelles. Néanmoins, les
combustibles fossiles vont continuer à jouer
un rôle important à l’avenir, dans la production
d'électricité. Il est donc souhaitable de poursuivre
ou d’accroître les efforts de R&D en matière
de production d’énergie d’origine fossile, afi n
d'améliorer l'effi cacité de la production ou de
réduire les émissions de CO2 dans l'atmosphère,
voire les deux.
Afi n de réduire le CO2, il est également important de
diffuser les technologies classiques et néanmoins
pertinentes, par le biais de la coopération
internationale, dans la mesure où la situation de
la production d’énergie thermique varie d'un pays
à l'autre.
3.3.1 Cycle combiné (gaz naturel)
La production d'électricité à cycle combiné est une
méthode de production qui combine une turbine à
gaz avec des turbines à vapeur. En employant une
turbine à gaz à haute température dans la section
haute température et en recyclant effi cacement
l'énergie d'échappement de cette section dans le
circuit de vapeur, on peut obtenir une plus grande
effi cacité thermique qu’avec des turbines à vapeur.
Le type de cycle combiné le plus perfectionné a
atteint une effi cacité de 59 %, principalement en
portant à 1 500 °C la température des gaz d'entrée
de la turbine à gaz. Le cycle combiné peut suivre
les fl uctuations de la demande, dès lors que les
opérations de démarrage et d'arrêt sont simples.
La R&D se poursuit en vue d'obtenir des niveaux
d’effi cacité encore plus élevés, par exemple, une
effi cacité thermique allant jusqu'à 62 % avec des
températures de gaz atteignant 1 700 °C (voir
Annexe E).
3.3.2 Combustion de charbon pulvérisé
(PCC) avec vapeur supercritique
Dans la mesure où de nombreux pays, dont des
pays développés, sont très dépendants du charbon
(par ex. à 50 % pour les États-Unis), et où le ratio
22
Effi cacité énergétique
réserves/production du charbon est estimé à 147
ans (supérieur à celui du pétrole: 41 ans ou du gaz
naturel: 63 ans), l’accroissement du rendement
thermique dans la production d'électricité à base
de charbon peut jouer un rôle important dans la
réduction des émissions de CO2.
Diverses méthodes existent ou sont en cours
de développement. La combustion de charbon
pulvérisé (Pulverized Coal Combustion, PCC)
consiste à introduire de la poussière de charbon
et de l'air dans une chaudière. La PCC augmente
l'effi cacité thermique grâce à une température de
combustion plus élevée. De plus, elle émet de
moindres quantités de gaz polluants, tels que les
SOx ou les NO
x. L'effi cacité thermique a connu une
amélioration constante, principalement via l’élévation
de la température et de la pression de vapeur. Un
type évolué de PCC atteint une effi cacité thermique
de l’ordre de 43 % à 45 %. La R&D en matière de
PCC vise actuellement à accroître la température de
vapeur à 700 °C, ce qui pourrait porter l'effi cacité
thermique à 50 %.
3.3.3 Cycle combiné à gazéifi cation
intégrée (CCGI)
Le CCGI est une autre innovation allant au-delà
des performances de la combustion de charbon
pulvérisé. Le CCGI offre un rendement de 45 % à
48 %, soit légèrement plus que les 40 % à 42 % de la
production à l’aide de charbon pulvérisé classique.
Deux types de CCGI en cours de développement
sont soumis à des essais sur le terrain, dans de
nombreux pays, dont les États-Unis, le Royaume-
Uni et le Japon. Il s’agit d’un système à souffl age
d'air qui réduit la consommation d’énergie
auxiliaire, et d’un système à souffl age d'oxygène
qui facilite la capture du CO2. Plusieurs installations
commerciales de CCGI sont planifi ées. Pour une
application plus poussée, certains problèmes
techniques, tels que la combinaison avec la
technologie de capture et de stockage du CO2,
sont à l’étude.
3.4 Cogénération (production
combinée de chaleur et
d’électricité, PCCE)
La cogénération, également dénommée Production
combinée de chaleur et d’électricité (PCCE),
permet de produire simultanément de l'électricité
et de l'eau chaude ou de la vapeur, à partir d’une
même source d'énergie. En théorie, cette méthode
permettrait d'utiliser le combustible selon une
effi cacité proche de 100 %. Le rendement moyen
varierait en fonction de l’adéquation entre d’une
part, les demandes relatives en chaleur (par ex.
eau chaude, vapeur) et en électricité, et d’autre
part, l’approvisionnement. Une effi cacité moyenne
plus élevée serait atteinte dans des régions où les
conditions nécessitent un apport parallèle d'eau
chaude (ou de vapeur) et d’énergie électrique,
telles que les Pays-Bas ou la Scandinavie.
3.5 Piles à combustibles, y compris
les utilisations associées à la
PCCE et à la gazéifi cation du
charbon
La pile à combustible est un dispositif qui produit de
l'électricité à partir de combustible et de comburant.
On dit que les piles à combustible ont un rendement
supérieur à celui des moteurs thermiques, car elles
ne sont pas tributaires du rendement de Carnot.
Bien que posant encore de nombreux problèmes,
tels que la nécessité d'importantes réductions
de coûts ou d'une durée de vie plus longue, la
pile à combustible offre d’autres avantages, tels
qu'un fonctionnement silencieux et une structure
modulaire, aisément adaptable. Il est à prévoir que
les piles à combustible trouveront des applications
dans de nombreux secteurs, tels que la production
combinée de chaleur et d'électricité (PCCE, voir
Section 3.4) ou les téléphones portables.
En ce qui concerne la micro-PCCE, dont on
attend qu'elle améliore l'effi cacité énergétique
dans le secteur résidentiel, il existe au Japon un
système évolué de cogénération résidentielle (voir
23
Effi cacité énergétique
Figure 3.3). En 2005, La New Energy Foundation
(NEF) a lancé à grande échelle un test en situation
réelle d'une pile à combustible à membrane
échangeuse de protons (PEFC), en vue d'une
introduction sur le marché. En quatre années,
3 307 unités ont été installées et ont donné lieu
à une réduction de 1.3 t CO2 pour un total de
5.2 t par an par unité résidentielle (ménage). La
commercialisation de ces unités a commencé au
Japon en 2009.
De nombreux types de pile à combustible sont
actuellement en phase de recherche et de
développement, l'objectif étant de remédier aux
problèmes et de trouver une large application. Le
cycle combiné de pile à combustible à gazéifi cation
intégrée du charbon (IGFC) est une application
évoluée de la pile à combustible. Il comprend un
gazéifi cateur de charbon à souffl age d’oxygène,
une turbine à gaz, une pile à combustible à oxyde
solide (SOFC) et une turbine à vapeur. Il est prévu
qu'il atteigne un rendement thermique de 60 %, ce
qui est nettement supérieur au rendement de la
production classique à l’aide de charbon pulvérisé
ou même à celui du cycle combiné à gazéifi cation
intégrée (CCGI). Des essais sur le terrain sont
actuellement en cours au Japon, en vue de
développer cette technologie et produire du gaz
issu du charbon pour les piles à combustible (voir
Annexe F).
3.6 Transmission et distribution
(T&D)
Nous avons vu que les effets escomptés des
améliorations en matière de T&D sur l'effi cacité
énergétique sont limités, en raison de leur part
relativement faible dans l'utilisation totale de
l'énergie. Il est toutefois utile de se pencher sur la
question, dans la mesure où le réseau centralisé,
aujourd'hui convenu, sera prochainement
Hydrogène Oxygène ÉlectricitéEau
Production d'électricité +
Production de chaleurpar réaction entre
hydrogène et oxygène
Courant électrique alternatif
Oxygène
Onduleur
Méthane
Hyd
rog
ène CO2 Eau
L'hydrogène est extrait du gaz de ville et de l'eau
Hydrogène
Empilement
Dispositif de traitement de combustible
Gaz naturel
Dispositif de récupération de la chaleur d'échappement
Cuve de stockage d'eau chaude
Chaleur d'échappement
Courant électrique continu
Eau chaude
Électricité
Figure 3.3 | Micro-unité de production combinée de chaleur et d’électricité (micro-PCCE), Japon
24
Effi cacité énergétique
complété par des sources décentralisées. La
réduction des coûts de transmission et distribution
a une incidence sur la réduction des émissions de
CO2, notamment du fait que, dans de nombreux
pays, le taux de perte est élevé ou est susceptible
d'être réduit. L'augmentation de la tension de
transmission et distribution, l'installation de
centrales électriques à proximité de la demande
(y compris la production décentralisée ou la
production sur place), le développement et le
choix d'équipements à faible taux de perte sont
des mesures supposées effi caces pour réduire la
perte dans le réseau.
Cependant, l'emplacement et la confi guration
de centrales électriques ainsi que l'intensité et la
répartition de la demande varient grandement d'un
pays à l'autre ainsi qu'en fonction des circonstances
(par ex. disponibilité des ressources, acquisition de
sites). Par conséquent, la confi guration du réseau
ne peut pas être uniformisée dans le monde
entier, et les mesures jugées effi caces seront très
variables.
L'alignement général sur les meilleures pratiques
devrait conduire à une diminution d'environ 3 % des
pertes. La très haute tension en courant alternatif
ou UHVAC (transport en courant alternatif à une
tension maximale supérieure à 1 000 kV) et en
courant continu ou UHVDC (transport en courant
continu à une tension maximale supérieure à 800 kV)
sont des exemples de solutions technologiques de
pointe visant à réduire les pertes par élévation des
tensions transportées. Le câble supraconducteur
est un exemple de composant à faible taux de perte.
3.7 Utilisation de l'électricité dans
les bâtiments
L'utilisation de l'énergie dans les bâtiments
(résidentiels et tertiaires, c'est-à-dire les services)
représente environ 40 % de la consommation totale
d'énergie. L'électricité utilisée équivaut à environ la
moitié de la totalité de l'électricité utilisée partout
ailleurs (voir Figure 3.2). Ces deux secteurs ont
pour objectif de réaliser d'importantes économies
au cours de la prochaine décennie, grâce à la fois
à l'énergie électrique et à l'électrifi cation. L'analyse
du cycle de vie démontre le caractère critique de
l'effi cacité énergétique, pendant toute la durée de
vie d'un bâtiment. Optimiser l'usage de l'énergie,
en ne donnant accès qu’à l'énergie nécessaire et
uniquement au moment où elle est nécessaire est
une condition essentielle pendant tout le cycle de
vie des bâtiments.
Dans le secteur résidentiel (ménages), l'utilisation
et la consommation de l'énergie sont fortement
déterminées par le revenu et corrélées à celui-
ci. Le segment des bâtiments non résidentiels
couvre un large spectre: immeubles de bureaux,
hôpitaux, centres commerciaux, gares ferroviaires,
etc. Certains d’entre eux contiennent de lourds
processus, tels que des centres informatiques.
En effet, l'utilisation d'équipements de TIC se
développe de façon exponentielle, à la fois dans
les foyers et dans les bureaux, atteignant dans les
pays développés jusqu'à 1 000 kWh par an et par
ménage, avec une part consommée en mode veille
pouvant aller jusqu’à 30 %. Dans les bâtiments non
résidentiels, l'électricité représente environ 50 % de
l'énergie utilisée et constitue en outre un élément
clé en matière de contrôle de l'utilisation des autres
combustibles, tels que ceux destinés au chauffage
(voir Annexe G).
Que ce soit dans les bâtiments résidentiels ou non
résidentiels, des progrès notables ont été réalisés
au cours des dernières décennies, dans le domaine
de l’effi cacité énergétique, s’agissant notamment
du chauffage ou des appareils électroménagers.
Néanmoins, des efforts restent à accomplir en
termes de maîtrise de l'utilisation de l'électricité,
dans une optique d'effi cacité. C'est pourquoi
l'électricité est désormais cruciale, non seulement
dans son utilisation directe en tant qu'énergie,
mais aussi dans les domaines de la mesure, de
l'automatisation et de la régulation, ainsi que sous
l’angle du suivi permanent de la consommation
d'énergie. Des technologies éprouvées existent,
de sorte qu’il s’agit à présent de les mettre en
œuvre, en particulier dans les bâtiments existants.
25
Effi cacité énergétique
Leviers existants pour améliorer l'effi cacité
énergétique électrique actuelle:
Utilisation d’équipements à faible consomma-
tion et à effi cacité élevée (systèmes d'éclai-
rage, moteurs, condensateurs électriques,
transformateurs, câbles)
Optimisation de l'utilisation de ces équipements
grâce à une automatisation et une régulation
intelligentes (systèmes de gestion de l'énergie)
Mise en œuvre de procédures et d'outils pour
la surveillance et l’entretien des systèmes
Promouvoir l'effi cacité et optimiser l'utilisa-
tion fi nale par l'automatisation et la régula-
tion: les systèmes de gestion de l'énergie consti-
tuent une part fondamentale de la solution globale,
dès lors qu’ils permettent d’optimiser la consom-
mation d'énergie, tout en assurant une fi abilité
générale et la durabilité des performances. Les
dispositifs à faible consommation maintenus sous
tension lorsqu’ils ne sont pas utilisés continuent à
consommer de l'énergie (lampes, moteurs, équi-
pement électronique en mode veille, ...). Une varia-
tion de 2 °C dans le réglage de la température de
chauffage ou de refroidissement peut consommer
jusqu'à 10 % d'énergie supplémentaire, ainsi de
mauvais réglages, même légers, peuvent avoir de
lourdes répercussions. L'automatisation et la régu-
lation sont essentielles pour optimiser l'utilisation
de l'énergie:
Elles permettent de ne consommer que ce qui
nécessaire, quand et où c'est nécessaire
Elles permettent de corriger les « mauvaises
habitudes » et d’adopter des comportements
mieux adaptés
Elles sont faciles à installer sur des sites
existants et améliorent le rendement
Elles complètent les dispositifs d'utilisation fi nale
énergétiquement effi caces afi n d’optimiser les
performances globales d'utilisation
Exemples de solutions: détecteurs de présence
et de lumière, minuteries, variateurs de vitesse,
automatisation et commande de systèmes à
moteur électrique, automates programmables
(PLC).
La rénovation des bâtiments existants pour
une meilleure effi cacité énergétique est
également un élément essentiel. En raison de la
longue durée de vie des bâtiments, la construction
de nouveaux bâtiments sur des sites existants
progresse lentement (typiquement moins de 2 %
par an sont remplacés). Les énergies renouvelables,
telles que celle issue des cellules photovoltaïques
ou des pompes à chaleur, sont bien adaptées
aux bâtiments résidentiels et aux immeubles
commerciaux et de services et devraient donc
se développer de manière intensive. Il sera
nécessaire de gérer le raccordement au réseau.
Un nombre croissant d'applications à base de TIC
est implanté dans les immeubles commerciaux
et de services, et certaines d’entre elles (telles
que les applications de santé dans les hôpitaux)
deviennent critiques.
Le renforcement de l'effi cacité énergétique
grâce à la qualité, la fi abilité et la continui-
té de l’approvisionnement permet d'éviter un
gaspillage coûteux et des coûts de redémarrage.
Le maintien d’une qualité élevée et constante
est un gage d’optimisation de la consommation.
Exemples de solutions: alimentation électrique
ininterrompue, groupes électrogènes et commuta-
teurs de transfert automatiques, fi ltres.
La mesure et la surveillance sont la base du
diagnostic et de la commande, elles sont donc
nécessaires pour garantir une effi cacité énergétique
durable et la limitation des émissions de CO2.
Exemples de solutions: compteurs intelligents,
systèmes et services de surveillance, systèmes et
services de gestion de l'énergie.
Le véritable enjeu aujourd'hui est d'actionner
tous les leviers et de mettre en œuvre les
technologies existantes et éprouvées. Comme
indiqué plus haut, il ne s’agit pas de comprendre ce
qu'il faut faire ni de trouver des technologies et des
26
Effi cacité énergétique
solutions nouvelles. Certes, les solutions existantes
sont source de progrès dans les bâtiments neufs,
mais elles sont peu exploitées dans les bâtiments
existants, et l’un des principaux freins au progrès
réside dans la lenteur du rythme de construction.
C’est la raison pour laquelle la rénovation est
si cruciale. (À noter que 80 % des bâtiments de
2020 ont déjà été construits.)
3.8 Utilisation de l'électricité dans
l'industrie
L'industrie utilise presque la moitié de toute
l'électricité produite. Il est donc vital d'adopter des
mesures d'effi cacité. De nombreux secteurs indus-
triels qui sont de grands consommateurs ont déjà
économisé de l'énergie (ainsi, la consommation
d'énergie par tonne d'acier brut produit a été divisée
par deux entre 1960 et 2005). Au regard de ces mé-
thodes disponibles, il est très important d'identifi er
la meilleure technologie disponible (MTD) ainsi que
les meilleures pratiques dans chaque secteur, et de
les diffuser aussi largement que possible de façon
à réaliser les économies potentielles. Cependant,
il existe de nombreuses possibilités pour accroître
ces économies – la plupart des processus indus-
triels continuent à consommer un surcroît de 50 %
d'énergie par rapport au minimum théorique. La ré-
duction du volume des déchets (dont la production
nécessite de l'énergie) s’impose également.
Les principaux obstacles relèvent de probléma-
tiques non technologiques: la plupart du temps,
les technologies existantes ne sont pas même
exploitées, dans certains cas, pour des raisons
structurelles (telles que des incitations internes
aux entreprises visant à privilégier les coûts de
fonctionnement par rapport aux investissements
en capital), dans d’autres cas, pour des raisons
politiques (incitations politiques absentes ou mal
orientées).
Un étalonnage s’impose pour identifi er les secteurs
dans lesquels il est possible d'améliorer l'effi cacité
énergétique, mais il s’avère diffi cile, notamment
selon une approche systémique, car il est soumis
à la concurrence. Il est cependant urgent de
développer les architectures de référence (voir
exemples à l'Annexe H et à la Figure 6.4) ainsi
que les meilleures pratiques qui permettront la
mise en place d’un étalonnage, et de les publier
dans des normes ou des recommandations. Une
composante importante de l'effi cacité énergétique
électrique (EEE) dans l'industrie est l'utilisation de
l'électricité (et bien entendu des TIC) pour surveiller
et maîtriser l'utilisation d'autres types d'énergie;
ces autres énergies doivent être incorporées dans
les architectures de référence, au même titre que
l'énergie électrique.
Il est probable que 70 % de l'électricité utili-
sée par l'industrie seront destinés à l'entraî-
nement des moteurs électriques, c'est pour-
quoi une approche architecturale des systèmes
de moteurs constitue une grande priorité. Il existe
déjà de nombreuses méthodes et optimisations
techniques; il est urgent de les appliquer de façon
globale et effi cace. Parmi les exemples de techno-
logies qui pourraient être prises en compte, citons
les aimants permanents, les convertisseurs matri-
ciels, les moteurs à réluctance, l'étalonnage in situ
des instruments, ainsi que la régénération et les
harmoniques dans l'alimentation.
3.9 Électrifi cation des transports
Dans ce secteur en particulier, il est possible
d’accroître l'effi cacité énergétique grâce à
l'électrifi cation – en augmentant signifi cativement la
part de l'électricité consommée par les transports
dans le monde (environ 1 %) et en réduisant
simultanément l'utilisation nette d'énergie et
les émissions de CO2. Les véhicules routiers
individuels sont des candidats prometteurs à
l'électrifi cation. Un véhicule électrique (VE) de
nouvelle génération a été développé qui utilise
des batteries rechargeables lithium-ion. Les VE
présentent les avantages suivants par rapport aux
voitures à essence:
27
Effi cacité énergétique
Moins d'émissions de CO2: réduction des
émissions de CO2 même si l'électricité est
produite à partir du pétrole
Amélioration de l'environnement urbain: pas
de gaz d'échappement, moins de bruit
Au stade actuel du développement, il est nécessaire
de perfectionner les composants technologiques
suivants pour éliminer les obstacles à une plus
grande diffusion des VE:
Batterie coûteuse: réduction du coût par la
R&D et la production en masse
Batterie lourde et volumineuse: réduction de la
taille et du poids par la R&D
Outre les voitures, il est également nécessaire
d'examiner sérieusement l'électrifi cation (accrue)
des transports publics et de marchandises afi n
de réduire la consommation d'énergie et les
émissions.
L'électrifi cation des transports aura un impact sur la
conception du réseau et de l'infrastructure, mais offrira
également des possibilités supplémentaires; parmi
les aspects à prendre en compte, citons l’équilibrage
des charges, la mesure de la consommation et
l'infrastructure nécessaire à la recharge des véhicules
électriques.
29
4.1 Énergies renouvelables (ER)
Les énergies renouvelables sont destinées
à procurer une énergie pouvant être utilisée
indéfi niment, sans émettre de gaz à effet de
serre; néanmoins, leur enjeu ne se limite pas à
l'effi cacité énergétique et à la décarbonisation. De
nombreuses installations ER sont classées comme
relevant de la production décentralisée (PD). La PD
permet non seulement à une maison de produire
individuellement de l'électricité, mais aussi à
des zones très isolées d'être autosuffi santes en
matière d’électricité. Combinée avec des systèmes
perfectionnés de raccordement au réseau et de
commande, des systèmes de stockage de l'énergie
et d'éventuelles incitations gouvernementales,
cette approche pourrait donner le jour à de
nouveaux aménagements, conduisant à une
évolution de l'industrie de l'énergie électrique, et
amenant éventuellement les zones qui s’étaient
jusque-là passées d'électricité, à y recourir. Ces
infl uences secondaires, qui contribueraient elles
aussi à une réduction du CO2, peuvent comprendre
notamment l’usage de véhicules électriques dans
les villes et le dessalement de l’eau de mer dans
des régions reculées.
Selon le rapport de l'AIE, le facteur clé qui permettra,
à moyen et long terme, de relever ces défi s avec
succès est davantage d’ordre technologique
qu’économique. Il est nécessaire de réaliser un
grand nombre d’avancées technologiques allant
au-delà des technologies ER qui sont actuellement
populaires. Ces avancées portent aussi bien sur
les matériaux employés, s’agissant notamment des
dispositifs électriques à semi-conducteurs et d’une
nouvelle technologie de purifi cation du silicium,
que sur des systèmes de distribution d’énergie
à la fois numériques et hautement intégrés. Une
fois que ce travail de R&D aura été mené à bien,
le scénario «450 Policy Scenario» pourrait bien
devenir réalité (voir Section 1.7 et Annexe B).
4.1.1 Énergie hydraulique
La production d'énergie hydraulique à grande
échelle a occupé et continuera d’occuper une place
de choix dans la palette des énergies renouvelables.
Dans les pays développés, son expansion sera
limitée, dès lors que la plupart des sites adaptés
à la production hydroélectrique sont déjà exploités.
Toutefois, dans les grands pays en transition ou
en voie de développement, elle recèle encore un
énorme potentiel et constituera la plus grande
contribution à la production d'électricité propre.
Dans bon nombre de pays, les mini-centrales
hydroélectriques ont un long passé de fonction-
nement durable et stable. Certaines d'entre elles
fonctionneraient depuis plus d'un siècle. Leur
impact sur l'environnement est bien moindre que
celui des grandes centrales hydroélectriques.
De plus, les mini-centrales hydroélectriques sont
utiles dans les régions reculées et les pays en voie
de développement.
4.1.2 Énergie éolienne
Parmi les technologies des énergies renouvelables,
l'énergie éolienne est celle qui remporte le plus de
succès: la capacité installée dépassait 73.9 GW
à la fi n de 2006. L'énergie éolienne a connu une
grande popularité en Allemagne, en Espagne,
Section 4 Réduction des émissions de dioxyde de carbone – « décarbonisation »
30
Réduction des émissions de dioxyde de carbone – « décarbonisation »
aux États-Unis, en Inde, en Italie, au Danemark,
etc. Son coût oscille entre environ 0.10 et
0.14 USD/kWh. Le raccordement au réseau est
critique en raison des problèmes techniques qui y
sont associés, tels que les fl uctuations de fréquence
de sortie des convertisseurs irréguliers et non
asservis et l’absence d’adaptation à la capacité
du réseau. Ces problèmes sont parfois considérés
comme un obstacle à une plus large exploitation
des systèmes éoliens. Les diffi cultés relatives à la
maintenance et à la stabilité de fonctionnement,
qui s’amplifi eront avec le développement du
marché, peuvent faire l’objet d’une normalisation
et la portée de la norme pourra être élargie pour
intégrer le stockage.
4.1.3 Énergie solaire thermique
L’énergie solaire thermique devrait fournir de
l’électricité à un prix abordable. Des systèmes
de production relativement grands ont été testés
aux États-Unis, dans l'Union européenne et au
Moyen-Orient.
4.1.4 Énergie solaire photovoltaïque
Parmi les technologies des énergies renouve-
lables, l’énergie solaire photovoltaïque (PV) de-
vrait être l’une des plus effi caces, non seulement
dans les pays en voie de développement, mais
également dans des pays développés, tels que
l'Allemagne, le Japon, les États-Unis, l'Espagne
et l'Italie. Cette énergie renouvelable a bénéfi cié
d’importantes mesures incitatives, telles que des
prix de rachat, des crédits d'impôt et des aides
gouvernementales. La capacité installée mon-
diale totale dépassait 10 GW à la fi n de 2008.
Le coût de l’énergie produite pouvant atteindre
0.45 USD/kWh, il doit être revu à la baisse.
4.1.5 Énergie géothermique
La production d'énergie géothermique s’effectue
de façon stable dans des environnements
commerciaux, aux États-Unis, aux Philippines,
au Mexique, en Italie, en Indonésie, au Japon et
dans d'autres pays; d'importants systèmes pilotes
ont été testés dans diverses régions. La capacité
globale était d'environ 8 900 MW en 2005.
4.1.6 Systèmes de pompes à chaleur
Les systèmes de pompes à chaleur ne sont pas
toujours classés dans les énergies renouvelables,
mais cette technologie représente une utilisation
effi cace de l'énergie. Au Japon, les systèmes de
pompes à chaleur ont connu un succès rapide et
ont affi ché un rendement dépassant 60 %. Le Japon
détient un stock très important de climatiseurs à
gaz et compte plus de 100 000 installations à la
faveur des aides gouvernementales.
4.2 Production nucléaire
En raison de la problématique environnementale
mondiale, la production d'énergie nucléaire
revêt une importance majeure. La capacité
d’approvisionnement en énergie nucléaire est
comparable à celle de la production d'énergie
thermique et elle ne donne lieu à aucune émission
de CO2.
En matière de production d'énergie nucléaire, la
R&D a concentré ses efforts sur l'accroissement de
la sécurité et de la fi abilité, ainsi que sur l'effi cacité
de la production. Les résultats ainsi obtenus
ont permis de valoriser la production d'énergie
nucléaire: l'effi cacité accrue de la production
peut prolonger la durée de vie des ressources en
uranium, et l'amélioration de la sécurité et de la
fi abilité peut rehausser le taux d'utilisation, ce qui
aura pour effet de réduire les coûts de production.
Ainsi, les systèmes de 4ème génération sont en
cours de développement, ils succèdent à ceux
des 2ème et 3ème générations actuellement en
service ou en construction.
Le Forum International Génération IV (GIF) a été
créé en 2000 afi n de développer la prochaine
31
Réduction des émissions de dioxyde de carbone – « décarbonisation »
génération de systèmes d'énergie nucléaire,
à savoir, la « Génération IV » (voir Annexe J).
Actuellement, dix pays membres du GIF (dont les
États-Unis, le Royaume-Uni, la France, le Japon)
coopèrent en vue d’ouvrir la voie à la Génération
IV et permettre son déploiement d’ici les années
2030. Les systèmes de la Génération IV ont
pour principaux objectifs d’améliorer la sécurité
nucléaire et la résistance à la prolifération, de
minimiser les déchets et l'utilisation des ressources
nucléaires, et de réduire les coûts du cycle de
vie. Récemment, les discussions au sein du GIF
ont porté sur six types de réacteurs susceptibles
d’atteindre ces objectifs:
Réacteurs thermiques
– Réacteur à très haute température (VHTR)
– Réacteur refroidi à l'eau supercritique
(SCWR)
– Réacteur à sels fondus (MSR)
Réacteurs rapides
– Réacteur rapide refroidi au gaz (GFR)
– Réacteur rapide refroidi au sodium (SFR)
– Réacteur rapide refroidi au plomb (LFR)
4.3 Capture et stockage du CO2
(carbone) (CSC)
Ainsi que l’a souligné le GIEC, la capture et le
stockage du CO2 (CSC) fi gurent parmi les solutions
offrant un fort potentiel en matière de réduction
des émissions de CO2. Il existe essentiellement
deux options envisageables pour stocker le CO2:
l'océan et les réservoirs géologiques (voir Annexe
K). Concernant l'océan, des problèmes techniques
et juridiques ont été identifi és.
Des tests sur le terrain sont planifi és ou en cours
de réalisation dans de nombreux pays, tels que le
Royaume-Uni, les États-Unis, l’Allemagne et le Japon.
Le principal obstacle à l'application de la CSC à la
production d'électricité réside dans son coût élevé
et dans le fait qu’elle occasionne une dégradation du
rendement thermique. Des innovations techniques
sont donc nécessaires à une mise en œuvre
future de la CSC. Il est à noter également que la
capacité potentielle de stockage du carbone varie
considérablement d'une région ou d'un pays à l'autre.
33
Dans les Sections 3 et 4, nous avons évoqué
un grand nombre de mesures, reposant
principalement sur des technologies éprouvées
(permettant une application immédiate), qui
favoriseront les économies d'énergie électrique et
la décarbonisation. Indépendamment de la mise
en œuvre éventuelle de ces mesures et des étapes
qu’elles supposent, la question se pose de savoir
si – même en cas de mise en œuvre massive –
elles seront suffi santes pour atteindre les objectifs
mondiaux qui ont été fi xés. Cette section répond à
cette question par la négative, établissant ainsi la
progression logique depuis les mesures citées aux
Sections 3 et 4 jusqu’aux mesures plus radicales
proposées à la Section 6.
L'approche adoptée ici consiste à se concentrer sur
l'effet fi nal en matière de réduction des émissions
de CO2, que celle-ci passe par une effi cacité accrue
(y compris les changements de comportement) ou
par une décarbonisation réussie. La raison en est
que le changement climatique dû aux gaz à effet
de serre s’avère être la première priorité à l’échelle
mondiale.
Tout d’abord, des hypothèses quantitatives sont
émises quant à ce qui est susceptible de se
produire d’ici 2030 et 2050, si aucune mesure
particulière n'est prise (à savoir le scénario « rien
ne change » (BAU)). Ces hypothèses s’appuient
sur une projection purement arithmétique
d'estimations généralement admises à propos
du taux actuel de variation de divers facteurs.
Ensuite, on suppose divers degrés d'amélioration
concernant les facteurs infl uant sur les émissions
de CO2, et on quantifi e les résultats probables.
Cela permet de déterminer à quels facteurs le
résultat fi nal est le plus sensible, d'où l'expression
« analyse de sensibilité ». On trouvera dans
l'Annexe L davantage de détails ainsi qu'une
présentation des chiffres sous forme de tableaux.
Il convient de souligner qu'il ne s'agit pas de
modèles prédictifs détaillés. Les modèles utilisés
ne fi xent pas d’objectifs, mais se contentent de
les décrire. Ils n'impliquent aucune responsabilité
spécifi que d’une quelconque organisation. Ils
livrent cependant un aperçu signifi catif sur la base
des valeurs brutes des contributions relatives de
l'effi cacité énergétique de l'utilisation fi nale, de
la réduction des pertes de transmission et de
distribution, des sources d'énergie renouvelable et
de l'effi cacité de la production.
5.1 Scénario « rien ne change »
(BAU)
Si l’on admet une croissance de 2.5 % par an de
l'électricité produite, les émissions totales vont
quasiment tripler (progression de 170 %) pour
passer de 10.8 Gt (gigatonnes de CO2 par an) en
2010 à 29 Gt en 2050.
Section 5 Ces mesures sont-elles suffi santes?Analyse de sensibilité
34
Ces mesures sont-elles suffi santes ? Analyse de sensibilité
5.2 Améliorations liées aux
technologies immédiates visées
aux Sections 3 et 4
On établit ici l’hypothèse que les technologies
et stratégies immédiatement disponibles, visées
aux Sections 3 et 4, permettront dans le meilleur
des cas:
une amélioration de 30 % via les économies et
l'effi cacité des utilisations fi nales4
une augmentation à 30 % des énergies
renouvelables et de la production nucléaire
une réduction des pertes de T&D de 9 % à
7 %, et
une amélioration de 5 % de l'effi cacité de la
production.
Il en résulterait, en 2050, une augmentation de
50 % des émissions par rapport au niveau de 2010
(et non pas de 170 % comme dans le BAU, mais il
s’agit encore d'une d’augmentation et non d’une
réduction), le résultat passant de 10.8 Gt à 16.1 Gt.
Les économies et l'effi cacité de l'utilisation
fi nale sont les principaux contributeurs. Les
énergies renouvelables engendrent une réduction
signifi cative du CO2, tandis que les améliorations
relatives à l'effi cacité de la production ainsi que la
réduction des pertes de T&D contribuent dans une
moindre mesure.
5.3 Stratégies plus agressives dans
la production d'électricité et
dans d'autres secteurs
Si l’on suppose pour 2050:
40 % d'effi cacité/d'économies au lieu de 30 %
une part de 50 % pour les énergies
renouvelables et le nucléaire (au lieu de 30 %)
4 Le terme « effi cacité » fait référence à une même tâche
effectuée avec moins d'électricité, tandis que le terme
« économies » se réfère à la réduction ou à la modifi cation
de tâches dans le but de réduire le besoin en électricité.
Voir Section 3.1.
une réduction de 9 % à 6 % des pertes T&D, et
une amélioration de 10 % de l'effi cacité de la
production (au lieu de 5 %)
on obtient 8.9 Gt d'émissions, ce qui pour la
première fois représente une réduction (d'environ
20 %) entre 2010 et 2050. Cependant, une part
de 50 % d'énergies renouvelables (avec 40 % de
production décentralisée) constitue un véritable
défi pour la stabilité du système électrique. Pour
cette raison parmi d'autres, ce scénario dépend
de technologies qui sont encore en phase de
développement ou de recherche.
Les économies/effi cacité de l'utilisation fi nale
demeurent l’élément le plus important: comparées
au BAU, elles permettent une réduction d'environ
un tiers, tandis que l'augmentation de la production
des énergies renouvelables se traduit par une
réduction de 25 %.
5.4 Résultats de l'analyse
de sensibilité
Dans le cas de fi gure où l’on appliquerait pleinement
l’ensemble des technologies éprouvées et où l’on
adopterait les hypothèses les plus favorables
possible en matière de volonté politique et de
niveau d'investissement consenti, les émissions
de CO2 continueraient à progresser entre 2010
et 2050 (même si cette progression serait
nettement moins importante que dans l'hypothèse
où les technologies éprouvées ne seraient pas
pleinement appliquées). D’une manière générale,
toute augmentation des émissions est jugée
inacceptable au regard du changement climatique.
Pour qu’une réduction nette soit possible, il est
nécessaire d’appliquer les technologies en cours
de développement, outre la pleine application
de celles visées aux Sections 3 et 4. (Il est
vraisemblable que les gains les plus importants
proviendront des économies d'énergie et de
l'accroissement de l'effi cacité. Tous les autres
facteurs, y compris les énergies renouvelables
35
Ces mesures sont-elles suffi santes ? Analyse de sensibilité
Figure 5.1 | Schéma des effets de l'application de différents niveaux technologiques
Dans un scénario « rien ne change » (c-à-d « tendanciel »), le niveau des émissions dues à l'électricité sera à peu près multiplié par trois
Une pleine application des technologies éprouvées ne fera que limiter l'augmentation
L'application rapide et intégrale de technologies innovantes est cruciale pour réduire le niveau des émissions
Niveau des émissions de CO2
et une production plus effi cace, ont des effets
nettement inférieurs.) Ces résultats sont résumés
à la Figure 5.1 et servent de base à la Section 6.
37
Section 6Nouvelle spécifi cation: la future chaîne énergétique
6.1 Nécessité d'une nouvelle
spécifi cation et rôle des
architectures de référence
L'analyse de sensibilité de la Section 5 a démontré
la nécessité d'aller au-delà de l'actuelle chaîne
énergétique, même améliorée selon les Sections 3
et 4, afi n de réduire effi cacement les émissions de
CO2, en dépit de l'augmentation de la production
et de la consommation d'électricité. Cela exi-
gera d'importantes modifi cations de l'architecture
globale de la chaîne, ainsi que de nombreuses
interactions entre l'utilisation fi nale et la production.
Les principales tendances de la future chaîne
énergétique comprendront les points suivants:
La production centralisée à haute capacité (y
compris les centrales à énergies renouvelables,
telles que le projet DESERTEC5) coexistera avec
la production décentralisée de moindre capacité
unitaire mais avec un grand nombre d'installations
Des systèmes de production-transport à haute
capacité pourront être créés à distance de
la zone de consommation (centrales en mer,
dans des déserts, dans l'espace, ...)
La production à partir d'énergies renouvelables
représentera une part importante et en
constante augmentation de la production
globale; dans la mesure où cette production
(solaire et éolienne) sera en grande partie
intermittente, la gestion de la stabilité du
système global sera plus diffi cile
Il sera essentiel de développer la capacité de
stockage de l'énergie et de l'électricité; les
véhicules électriques peuvent contribuer à la
5 Voir desertec.org et la fi gure à l'Annexe M.
mise en place d’un plus grand système de
gestion du stockage
L'utilisateur fi nal sera non seulement un
consommateur, mais également un producteur,
ce qui posera des problèmes critiques
d'interfaçage avec le réseau et de gestion des
différentes sources:
– les tarifs seront liés aux émissions de CO2
ainsi qu'au moment d'utilisation, ce qui
nécessitera des systèmes de gestion ap-
propriés
– l’adaptation à la demande et le nivelle-
ment de charge (économies en période de
pointe) constitueront un enjeu économique
important
Comme toute tâche complexe de conception, la
nouvelle spécifi cation de la chaîne énergétique
et de ses divers sous-systèmes, tels qu’énumé-
rés dans cette section, exige une planifi cation
compétente que l’on désignera par le terme «ar-
chitecture», par analogie avec la conception des
bâtiments. Pour transposer la conception abstraite
dans le monde réel, par exemple en vue d’une
mise en œuvre correcte et effi cace des technolo-
gies, il est nécessaire, à chaque étape de la mise
en œuvre, de se reporter aux divers éléments de
la conception et à leurs relations mutuelles. Pour
résumer ces deux aspects – la conception globale
et la mise en œuvre d'éléments individuels – nous
utilisons l'expression architecture de référence.
6.2 Architectures de réseau
L'architecture des réseaux électriques devra inté-
grer de petits réseaux de production électrique
38
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
décentralisée (essentiellement des énergies
renouvelables, telles que le photovoltaïque et
l'éolien). Cela doit s’inscrire dans des réseaux
électriques à grande échelle reliés à de grandes
centrales électriques centralisées, au moyen d’in-
terconnexions telles que représentées schémati-
quement à la Figure 6.1.
1) Dans les réseaux électriques à grande échelle,
les aspects prioritaires seront l'amélioration
et l'interconnexion. L'UHVAC et l'UHVDC
devraient constituer des solutions effi caces.
Leur mise en œuvre est planifi ée en Chine,
dans le cadre de systèmes de transmission
à longue distance et à haute capacité qui
permettront également de faire appel à la
production hydroélectrique à grande échelle
dans les régions occidentales. Certains
tronçons du système UHVAC sont déjà en
service en Chine. Au Japon, compte tenu
des futurs besoins en matière de transport de
grandes quantités d'électricité, des lignes de
transport d’énergie UHVAC ont été construites
et fonctionnent actuellement à 500 kV. L'Inde
a également des projets dans le domaine de
l'UHVAC et de l'UHVDC.
2) Dans les petits réseaux électriques, une
commande optimale du réseau en fonction de
la demande, du stockage et de la production
décentralisée est une condition essentielle.
Actuellement, de nombreuses approches sont
à l’étude afi n d’appliquer ce principe, avec des
caractéristiques variables (par ex. Smart Grid,
Intelli-Grid, Ubiquitous Power Grid).
Figure 6.1 | Diagramme schématique du futur système électrique
Réseau électrique à grande échelle
2. Amélioration de l'effi cacité de la production thermique
4. Amélioration de la capacité, de la sécurité et de la fi abilité d'interconnexion 1. Développement de la production exempte de CO2 (nucléaire et énergies renouvelables)
3. Renforcement du réseau électrique en fonction de l’accrois- sement de la demande et de la production exempte de CO2
6. Système interactif de communication et d'électricité
Sans CO2 Hydro Thermique
Nucléaire
Éolien
PV de l'ordre du MW
ChargePV,
éolienStockage
PV, éolien
Réseau électrique à grande échelle
Réseau électrique à grande échelle
Petit réseau électrique
Petit réseau électrique
Petit réseau électrique
5. Commande optimale du système électrique, y compris la coopération de la demande, par ex. Smart Grid, Intelli-Grid, Ubiquitous-Power-Grid, ADAPS
Information et commande
Électricité
39
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
3) Le concept de Smart Grid englobe les deux
notions suivantes:
a) Une architecture adaptée à la production
décentralisée et au stockage de l'électrici-
té, avec capteurs intégrés et technologies
TIC du côté consommateur
b) L'intégration à des réseaux de production-
transport avec systèmes de commande et
protection évolués
Les composants essentiels du Smart Grid
comprennent:
Le comptage intelligent qui instaure une com-
munication bidirectionnelle entre les installa-
tions et les clients (y compris les installations
de stockage de l'énergie électrique, telles que
les batteries rechargeables et les véhicules
électriques) ou la production décentralisée
(PD)
Les technologies de l'information qui per-
mettent une commande optimale du réseau,
même quand celui-ci intègre de très nom-
breuses unités de production décentralisée
Les systèmes de gestion de l'énergie qui
assurent l’utilisation la plus effi cace possible
de l'énergie électrique pour les clients
Les systèmes perfectionnés de commande
et de protection qui améliorent la sécurité et
la fi abilité des réseaux électriques petits et
grands
Les technologies relatives au Smart Grid ont fait
l'objet de discussions principalement axées sur
l'optimisation des petits réseaux électriques.
Cependant, l'utilisation des technologies de
l'information et des systèmes perfectionnés
de commande et de protection améliore également
la fi abilité et la sécurité des grands réseaux
électriques, ainsi que de leurs interconnexions.
6.3 Architectures côté utilisateurs
fi naux de l'énergie et de
l'électricité
6.3.1 Bâtiments
Hier, un bâtiment n'était qu'un consommateur
d'énergie destinée au chauffage, à la ventilation
et à la climatisation (HVAC). La consommation
était principalement déterminée par l'enveloppe
structurelle du bâtiment, et la préoccupation
majeure était l'isolation thermique.
Aujourd'hui, la consommation d'énergie des
bâtiments augmente de façon signifi cative. Les
systèmes de surveillance et de contrôle jouent
un rôle important dans l'utilisation effi cace de
l'énergie.
Demain (et le processus est déjà amorcé), le bâti-
ment sera un acteur à part entière : non seulement
un consommateur, mais également un producteur
d'énergie. Grâce aux technologies de l'information
et des communications, le bâtiment sera en me-
sure de s'adapter automatiquement tant aux varia-
tions des conditions intérieures (différents types
et niveaux d'activité) qu’à celles des conditions
extérieures; il aura la faculté de s’adapter en fonc-
tion de la demande, en liaison avec la production
décentralisée à base d'énergies renouvelables et
le «smart grid».
Les véhicules électriques auront des interfaces
avec les bâtiments, les pompes à chaleur pourront
être largement utilisées, et les technologies de
stockage de l'énergie seront mises au service
d'une utilisation effi cace de l'énergie.
Tous les équipements des bâtiments seront
intégrés dans un système global de gestion du
bâtiment, doté de capteurs décentralisés et d’une
connectivité; la gestion de l'énergie va changer les
règles du jeu et transformer le bâtiment en un lieu
plus sûr, plus fi able, plus productif, plus effi cace et
plus écologique.
40
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
L'intégration de l’ensemble des nouvelles
technologies (capteurs, surveillance et
contrôle, communications unifi ées, produc-
tion d'énergie, ...) et les nouvelles fonctions
(stockage de l'énergie, gestion de l'énergie,
...) constituent pour l'IEC un défi global qui
va bien au-delà de l’approvisionnement clas-
sique en une électricité sûre et fi able.
La Figure 6.2, illustrant un exemple de futur
réseau d’énergie domestique, montre que le foyer
du futur disposera non seulement d’appareils
électroménagers consommant de l'énergie, mais
également d’équipements produisant de l'énergie,
tels que les cellules photovoltaïques, les piles à
combustible ou les pompes à chaleur, ainsi que
d’équipements de stockage d'énergie, tels que les
batteries rechargeables. Les pompes à chaleur
montreront que l'électricité est l'énergie la plus
propre et la plus sûre, même pour le chauffage
thermique. Certains foyers pourront être équipés de
câblage LVDC (basse tension en courant continu)
auquel seront raccordés les piles à combustible et
les batteries. Les appareils ménagers pouvant être
raccordés directement au courant continu seront
eux aussi intégrés au réseau.
Heat pump
FCHydrogen
Photovoltaic
Power station Transformer
SecondaryCell
Air conditioner Refrigator Washing machine
LED lighting Sensor Ventilation
Heat pump
Microwawe oven
Induction heater
Bath
TV DVD/BD Audio set
Kitchen
PC Printer Game machine
Wash basin
Fax
Wireless charger Electric toothbrush
Electric shaver
Climatiseur Réfrigérateur Lave-linge
Éclairage LED Capteur Ventilation
Pompe à chaleur
Four à micro-ondes
Corps de chauffe à induction
Baignoire
Pompe à chaleur
PACHydrogène
Photovoltaïque
Centrale électrique Transformateur
Accumulateur
PLC CC
Eau résiduaire chauffée
CA 100 – 200 V CA 50/60 Hz
LVDC24~48 V
Téléviseur DVD/Blu-ray Lecteur audio
Cuisine
PC Imprimante Console de jeu
Lavabo
Télécopieur
Commande hybride
Chargeur sans fi l Brosse à dents électrique
Rasoir électrique
Figure 6.2 | Futur réseau d’énergie domestique
41
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
Figure 6.3 | Le concept du véhicule sur secteur (V2G)
6.3.2 Véhicule sur secteur
Que ce soit dans les foyers, dans des bâtiments
ou sur des emplacements de stationnement,
les véhicules électriques (VE) ou les véhicules
hybrides rechargeables (VHR) constituent une
nouvelle charge à gérer, leurs batteries servant à
des applications de stockage stationnaire. Cela
comporte notamment l’utilisation du stockage local
pour aider le réseau plus globalement à niveler la
charge (pour plus de détails au sujet du stockage,
voir la Figure 6.3 et la Section 6.4). L'IEC a reconnu
l’importance d’une normalisation concernant
l’interface VE/réseau.
6.3.3 Industrie
Dans l’industrie, une effi cacité énergétique
globale nécessite de prendre en compte à la
fois l’électricité et d’autres types d’utilisation de
l’énergie (par ex. la chaleur). Par conséquent, il est
nécessaire de mettre en place des architectures
de référence qui serviront de base aux systèmes
de gestion de l’énergie, en ouvrant la voie vers une
amélioration globale de l’effi cacité énergétique. Il
est également important, dans ce secteur, d’établir
des référentiels concernant la manière de mettre
en œuvre les meilleures pratiques en matière de
mesures permettant d’économiser de l’énergie
Source: Southern California Edison
Permettre la facturation nette, la facturation séparée
et la gestion intégrée de l’énergie au moyen
de panneaux solaires
Le stockage de l’énergie domestique permettra de réaliser davantage d’économies
Opportunités à long terme via des véhicules électriques rechargeables
42
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
et les processus des entreprises industrielles.
La Figure 6.4 illustre un exemple d’architecture
énergétique de référence.
6.4 Stockage de l’énergie
et de l’électricité
Qu’elles se rapportent au stockage décentralisé
avec possibilité de regroupement ou au stockage
massif en interface avec le réseau d’énergie, les
technologies de stockage de l’électricité jouent
un rôle d’une extrême importance. Elles peuvent,
en effet, lisser la production intermittente, telle
que la production d’énergie éolienne et solaire,
en permettant aux usagers d’optimiser leur
consommation et leur production locale, par le
biais de leur système local de gestion d’énergie.
Diverses technologies sont actuellement mises en
œuvre, dont le stockage d’énergie pneumatique,
les volants d’inertie, l’accumulation par pompage
et différents types de batteries: lithium-ion,
sodium-soufre (NaS), ainsi qu’un certain nombre
de technologies en cours de développement. La
Figure 6.5 donne un résumé des technologies et
des coûts.
L’hydrogène électrolytique est une autre
technologie pouvant être développée. Alliant
le stockage de l’électricité à une infrastructure
de combustible à transport d’hydrogène, cette
cogénération d’électricité et de H2 pourrait être
source d’importantes synergies. (L’hydrogène,
produit par l’électrolyse de l’eau, se combine
ensuite avec l’oxygène de l’air, soit dans un moteur
électrique, soit dans des piles à combustible.)
Système de couche supérieure
Commande d’équilibrage de l’énergieCommande de fl ux d’énergie sur la ligne
Petit réseau d’alimentation électrique
EMS
Producteur d’électricité utilisant
des SER
Système de gestion d’énergie
Conduite de chauffage/refroidissement
Ligne de distribution d’énergie électrique
CCHP – Refroidisse-ment, chauffage et
électricité combinés
Stockage d’électricité
Stockage de chaleur/froid
Charge calorifi que
(chaleur/froid)
Charge électrique
Figure 6.4 | Une architecture énergétique de référence pour l’industrie
43
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
Source: Illustration créée pour Bottling Electricity: Storage as a Strategic Tool for Managing Variability and
Capacity Concerns in the Modern Grid par EAC Energy Storage Technologies Subcommittee 2008
Coûts estimatifs des technologies actuelles de stockage de l’énergie3 500
3 000
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
$/k
W
CAES Li-ion Accumulation par pompage
Volant d’inertie Batterie à fl ux continu
NaS
État de développement des technologies
Commercial
Accumulation par pompage
Volants d’inertie (qualité de l’électricité
locale)
Stockage d’énergie pneumatique (CAES)
Batterie plomb-acide
Batterie Ni-Cd
Batterie sodium-soufre
Pré-commercial
Volant d’inertie
Volant d’inertie (dispositif de réseau)
Batterie zinc-brome
Batterie redox au vanadium
Phase de démonstration
Condensateur électrochimique
Boucle fermée à hydrogène
Expérimental
Lithion-ion (applications de réseau)
Énergie magnétique supra-conductrice (applications
de stockage)
Figure 6.5 | Technologies et coûts de stockage de l’électricité
6.5 Micro-réseaux
Un micro-réseau est un petit réseau pouvant
fonctionner peu ou prou indépendamment d’autres
réseaux, en agissant de manière optimale sur des
éléments tels que la production décentralisée (PD),
l’équipement de stockage d’énergie électrique et
les diverses charges.
Les micro-réseaux peuvent représenter une
solution pour remédier au caractère imprévisible
de la production d’électricité à partir de la PD
(essentiellement des énergies renouvelables). Ils
peuvent offrir les autres avantages suivants:
Servir de modèle dans les pays où la fourniture
d’électricité n’est pas généralisée: les régions
éloignées du réseau principal peuvent être
approvisionnées en électricité issue de la PD,
en étant desservies par un micro-réseau
44
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
Constituer un moyen de production auxiliaire
pour les équipements et permettre de faire
face à une panne générale d’électricité
La diffusion des micro-réseaux nécessite
d’importants efforts de R&D, dans bon nombre de
domaines, tels que l’électronique de puissance,
les TIC, la commande d’automatismes, ainsi que le
transport et la distribution
6.6 Problèmes soulevés par
la future chaîne énergétique
6.6.1 Problèmes techniques
Le déploiement des architectures décrites
précédemment devrait contribuer à réduire
les émissions de CO2, mais ne manquera pas
de soulever des problèmes qui peuvent être
lourds d’implications pour la sécurité, la fi abilité
et la stabilité de l’ensemble du système. Il s’agit
notamment de:
L’équilibrage entre demande et production
(centralisée et décentralisée)
La qualité de l’électricité (émissions de courant
harmonique, papillotement, fl uctuations de tension)
La prévention des risques d’îlotage
Le manque de coordination des systèmes
de commande entre le réseau public et la
production décentralisée (pouvant même
occasionner des pannes générales d’électricité
et retarder le rétablissement du réseau
électrique)
Les Figures 6.6 à 6.8 illustrent certains de ces
problèmes.
C
EG
C
EG
C
EG
C
EG
C
EG
C
EG
M
M
M
Référence:
Ansaldo Sistemi Industriali
Production décentralisée (PD) Micro-réseau Charges et stockage
Hydroélectrique
Piles à combustible
Vent
Photovoltaïque
Étage redresseur
Commande d’éclairage
Batteries de VE
Raccordement au réseau au moyen
d’un convertisseur de fréquence électrique
Étage onduleur
Ligne d’entrée
CONDENSATEUR DE BUS C.C.
Système de gestion d’énergie
Figure 6.6 | Micro-réseau fonctionnant à une fréquence et à une phase différentes de celles du
réseau principal
45
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
1. Émission de courant harmonique
2. La tension peut dépasser la limite supérieure par retour de puissance
3. Îlotage en cas de défaillance du réseau électrique
Poste Réseau BT
Réseau MT
Charge ChargeCharge Charge Charge
Flux de courant Flux inverse de courant
Limite supérieureTension
Limite inférieure
Avec flux inverse de courant
Pas de flux inverse de courant
Distance par rapport au transformateur
Source: Red eléctrica de España. www.ree.es
Production estimée
Production télémesurée Déconnexion
jusqu’à 2800 MV
Figure 6.7 | Problèmes techniques d’un réseau de distribution BT/MT dans un système PV groupé
Figure 6.8 | Forte perturbation provoquée par une séparation intempestive en Espagne en 2006
46
Nouvelle spécifi cation : la future chaîne énergétique
6.6.2 Problèmes liés à une approche
systémique
Les Sections 3 et 4 ont démontré la nécessité
d’appliquer une approche systémique à chaque
élément de la chaîne énergétique actuelle
(production, transport et distribution, utilisation
fi nale).
La Section 6 a expliqué que pour aller plus loin,
une nouvelle spécifi cation de la chaîne énergé-
tique s’impose, ce qui suppose davantage de
coordination entre les trois éléments de la chaîne
et une forte intégration entre les technologies de
l’information et des communications, d’une part,
et les technologies électroniques, électriques et
d’automatisation et de contrôle, d’autre part.
À titre d’exemple, la distribution d’électricité à des
groupes de maisons pourrait comprendre, comme
illustré à la Figure 6.9, un comptage perfection-
né, la production locale d’énergies renou-
velables (éolienne et solaire), le stockage
d’électricité, des véhicules électriques et un
système de gestion de l’énergie domestique.
Poste
Figure 6.9 | Éléments d’un système de distribution intégré
47
Section 7Facteurs clés d’une mise en œuvre réussie
Avant d’aborder nos recommandations, nous
énumérons ci-dessous quatre facteurs clés de
réussite. Certains d’entre eux ont été mentionnés
précédemment dans les paragraphes concernés.
1) L’effi cacité de l’énergie électrique re-
quiert des architectures de référence qui
nécessitent un investissement considé-
rable de la part de la communauté élec-
trotechnique.
Dans le cas des bâtiments, bon nombre de pays
ont mis en place des certifi cats de performance
énergétique et des classements énergétiques des
constructions. Des méthodologies ont été établies
sur la base de modèles et de calculs thermiques,
afi n de donner une estimation de ce que le
bâtiment devrait consommer en fonction de son
enveloppe structurelle. Toutefois, ces certifi cats
sanctionnent davantage la valeur du bâtiment (la
manière dont il a été construit – isolation, double
vitrage) que ses performances opérationnelles
(comment le bâtiment sera utilisé). Les classements
énergétiques actuels ne prennent pas en compte
l’architecture électrique et l’architecture associée
de surveillance et de contrôle, bien qu’elles
constituent des éléments clés des performances
énergétiques opérationnelles d’un bâtiment. De
même, dans le cas de l’industrie, les Sections 3.8 et
6.3.3 ont montré que d’importants progrès restent
à faire, de l’optimisation des processus individuels
à celle des systèmes de production complets, en
s’appuyant sur des architectures de référence. En
défi nissant ces architectures, ainsi que les
méthodologies de calcul et de classement,
l'IEC sera en mesure d’offrir une très haute
valeur ajoutée.
2) Les solutions normalisées doivent aller
au-delà d’un point de vue uniquement
centré sur le produit, en adoptant une
perspective axée sur les applications
réelles. Les meilleures solutions en
matière d’effi cacité énergétique de
l’électricité doivent faire l’objet de
normes et d’autres documents de l'IEC
qui devront être développés et largement
diffusés.
L’élaboration d’outils de normalisation qui, au-
delà des produits, sont axés sur les solutions
d’application permettrait d’accélérer la mise en
œuvre de la démarche d’effi cacité de l’énergie
électrique par l’ensemble des acteurs de la chaîne
de valeur. Les facteurs 1 et 2, les architectures et
la perspective centrée sur l’application sont des
éléments critiques, notamment parce que sans
eux, les nombreuses technologies présentes
et futures permettant de réaliser les objectifs
d’effi cacité énergétique et de décarbonisation ne
pourraient pas être mises en pratique de manière
effi cace. Seuls ces facteurs peuvent ériger
ces technologies en solutions.
3) L’effi cacité de l’énergie électrique doit
être inscrite à l’ordre du jour politique et
dans les programmes d’incitation mis en
place par les pouvoirs publics.
Sous l’impulsion de la volonté politique d’atténuer
les effets du changement climatique et de mettre en
œuvre des programmes d’effi cacité énergétique,
les codes de construction ont été modifi és et des
régimes d’incitation (déductions fi scales, prêts
préférentiels, amortissements accélérés) ont
vu le jour sur le marché. Des mesures similaires
sont nécessaires, mais n’ont pas encore été
48
Facteurs clés d’une mise en œuvre réussie
adoptées, en matière de performance énergétique
de l’électricité, notamment des bâtiments et des
installations industrielles.
4) En particulier, les solutions d’effi cacité
énergétique prônées par l'IEC doivent
bénéfi cier d’une visibilité politique.
De la même manière, les facteurs 3 et 4 sont
critiques, dès lors qu’ils permettent à la société
de réaliser les investissements nécessaires
à l’obtention de résultats et d’appliquer
des solutions consensuelles qui sont
indispensables à une effi cacité au plan
mondial.
49
Section 8Recommandations
8.1 Virage conseillé dans
l’orientation fondamentale
de l'IEC
De tout temps, l'IEC a eu pour priorité la
sécurité et la compatibilité.
À présent, nous devons montrer la voie à suivre
dans de nouveaux domaines nécessitant
l’intégration de différentes approches, tels
que l’effi cacité énergétique, la productivité et
l’environnement.
Concernant le sujet qui nous occupe dans le
présent document, l'IEC doit s’attaquer au défi
énergétique.
L'IEC a de tout temps concentré ses efforts
sur les normes de produits.
Nous devons maintenant appréhender et fonder
notre activité sur une approche systémique et
des solutions globales axées sur l’application.
La question de savoir si l'IEC a besoin de nouveaux
comités d’études ou s’il lui faut regrouper des co-
mités existants est incertaine et ne relève pas de la
compétence du MSB. En revanche, ce qui est cer-
tain (et qui entre dans le domaine de compétence
du MSB), c’est que la réfl exion doit partir du sys-
tème pour s’étendre aux autres composantes, plu-
tôt que de partir des produits individuels et
s’étendre éventuellement au système, comme
c’est le cas aujourd’hui. Cette réfl exion doit porter
à la fois sur les systèmes de nouveaux produits
(nouvelles installations) et sur les systèmes de ré-
habilitation complète d’installations existantes, la
priorité étant donnée à ce deuxième aspect dans
certaines régions. Cela doit également impliquer
de revisiter, si nécessaire, des normes de produits
existantes, lorsque de nouvelles normes de sys-
tèmes ont été élaborées.
En résumé, comme illustré à la Figure 8.1,
l'IEC doit commencer par se pencher sur
l’application avant de rédiger des normes
relatives aux services et aux produits.
Application (Solution)
Service
Technologie
Service
Technologie
Service
Technologie
Pro
duit
Pro
duit
Pro
duit
Pro
duit
Pro
duit
Pro
duit
Pro
duit
Pro
duit
Pro
duit
Figure 8.1 | Architecture pour l’élaboration de normes orientées système
50
Recommandations
Les « applications » sont défi nies par le marché
en fonction de ses besoins et ne se limitent pas
nécessairement aux domaines de compétence de
l'IEC. La tâche du MSB consiste à:
tout d’abord, écouter et questionner le marché,
afi n de comprendre et décrire les applications
(solutions) que le marché requiert;
déterminer les aspects de ces solutions qui
relèvent du domaine de compétence de l'IEC ;
recommander à l'IEC d’inviter l’ISO et d’autres
organismes de normalisation concernés à
coopérer à l’élaboration de solutions;
et enfi n, établir les priorités du marché en
matière de normalisation des produits et
« services » requis par ces solutions relevant
du domaine de l'IEC.
Dans les Sections 3, 4 et 6, nous nous sommes
efforcés de remplir les deux premières tâches
concernant l’effi cacité énergétique et la réduction
des émissions de CO2. Dans la Section 8, nous
concentrerons nos efforts sur la troisième et la
quatrième tâche.
Sur la base de l’orientation proposée quant à
l’action de l'IEC, ainsi que d’autres aspects et ar-
guments exposés dans le présent document, le
MSB émet un ensemble de recommandations aux
Sections 8.2 et 8.3 et donne, à la Section 8.4, la
liste des technologies identifi ées lors de l’élabora-
tion de ce white paper. Cette liste servira de base
à d’autres travaux du MSB.
8.2 Recommandations générales
Rec. 8.2.1 – Actions de recherche et dévelop-
pement nécessaires
Le MSB recommande que l'IEC et ses respon-
sables et experts encouragent l’avancement de
tous les projets de recherche et développement
impliquant des technologies émergentes néces-
saires à l’effi cacité énergétique et à la décarboni-
sation de l’énergie électrique.
Rec. 8.2.2 – Sensibilisation politique et
visibilité publique
Le MSB estime qu’il est essentiel que les solutions
de l'IEC en matière d’effi cacité énergétique fi gurent
à l’ordre du jour de la politique et dans les régimes
d’incitation instaurés par les pouvoirs publics. Il
recommande que l’ensemble des acteurs concer-
nés de la communauté de l'IEC à travers le monde
saisisse toutes les opportunités pour accroître la
sensibilisation politique et la visibilité publique des
normes de l'IEC à cet effet.
Rec. 8.2.3 – Liens avec les organisations
internationales
Le MSB recommande que l'IEC renforce ses liens
notamment avec les organisations suivantes:
L’Agence internationale de l’énergie (AIE), dans
les domaines des statistiques, des indicateurs
et des données d’évaluation comparatives eu
égard aux travaux accomplis dans le cadre
de l’Accord de mise en œuvre (Implementing
Agreement, IA) sur les équipements élec-
triques effi caces (Effi cient Electrical End-Use
Equipment, 4E)
La revue par les pairs du Partenariat Asie-
Pacifi que pour le développement propre et
le climat (APP), concernant les meilleures
pratiques en matière de développement, de
diffusion et de transfert de technologies de
production d’énergie propres et effi caces
Le Conseil mondial de l’énergie
Le Groupe d’experts intergouvernemental sur
l’évolution du climat (GIEC) de l’ONU
Rec. 8.2.4 – Coopération avec les autorités
réglementaires et politiques
Dans le contexte des Recommandations 8.2.2 et
8.2.3, le MSB recommande que l'IEC envisage
d’établir des contacts plus étroits avec les autorités
réglementaires et politiques, afi n de promouvoir les
solutions d’effi cacité de l’énergie électrique.
51
Recommandations
Rec. 8.2.5 – Veille technologique et feuilles de
route pour la normalisation
Le MSB mettra en place une fonction permanente
de veille technologique concernant l’effi cacité
énergétique électrique (EEE) et la réduction des
émissions de dioxyde de carbone (Decarb). Cette
fonction aura pour mission permanente d’établir
et de tenir à jour des feuilles de route montrant
l’évolution actuelle et prévisible de diverses
technologies disponibles en matière d’EEE/
Decarb, et les calendriers de production des
normes correspondantes.
Rec. 8.2.6 – Architectures de référence pour
la performance de l’énergie électrique
Le MSB recommande que l'IEC élabore des
normes défi nissant des architectures de référence
pour la performance de l’énergie électrique. Des
architectures seront nécessaires dans différents
domaines, tels que les bâtiments, les services,
l’industrie, etc. Un investissement considérable
sera requis de la part de la communauté
électrotechnique et doit être planifi é.
Rec. 8.2.7 – Besoin impératif d’EEE pour
l’industrie
L’industrie consomme près de la moitié de toute
l’électricité produite. Il est donc particulièrement
vital pour ce secteur qu’une architecture de
référence et des normes de meilleures pratiques
soient rapidement établies et appliquées. Ces
normes et autres publications doivent promouvoir
des avancées dans les grands domaines suivants:
mesures d’incitation réglementaires et fi nancières
en faveur de l’EEE (via le prix de l’électricité, par
exemple); subventions et autres incitations pour
favoriser les investissements en capital dans les
nouvelles énergies ou la réduction des émissions
de carbone; outils de comparaison avec les
meilleures pratiques; mesures visant à faciliter la
mise en œuvre des technologies innovantes.
Rec. 8.2.8 – Approche axée sur les applications
plutôt que sur les produits
Le MSB recommande que le Bureau de gestion de
la normalisation (SMB) veille à ce que les normes
relatives à des solutions préférentielles d’effi cacité
énergétique de l’électricité aillent au-delà d’une
approche uniquement centrée sur les produits et
adoptent constamment une perspective axée sur
les applications réelles. À cet effet, il conviendra de
ne pas perdre de vue les objectifs globaux pour-
suivis (par ex. en termes d’EEE), le fonctionnement
des systèmes auxquels les produits seront intégrés
dans la pratique, en revisitant dans certains cas
les normes de produits en cours, suite à la mise
en place de nouvelles normes relatives à des solu-
tions systémiques (« service » selon la Figure 8.1).
Rec. 8.2.9 – Options et règles en matière de
raccordement, de stabilité, d’intelligence et
d’effi cacité des réseaux électriques
Le MSB recommande que l'IEC, en étroite
collaboration avec le CIGRÉ, le NIST et d’autres
organisations pertinentes, établisse rapidement
un jeu détaillé de normes défi nissant des règles
de performance minimale, ainsi qu’un éventail
complet d’options concernant le fonctionnement
des réseaux. Ces éléments doivent être conçus
comme faisant partie de l’ensemble de normes
requises par les « smart grids » (réseaux intelligents).
Les normes doivent porter sur le raccordement
(en particulier de sources fl uctuantes), la stabilité,
l’« intelligence » (fonctions nécessaires des
applications IT commandant le réseau), ainsi que
sur l’effi cacité systémique minimale et la manière
de la mesurer. Les aspects à prendre en compte
comprennent: l’équilibrage de la demande et de la
production, la qualité de l’électricité, les émissions
de courants harmoniques, les fl uctuations et le
papillotement de tension, ainsi que les mesures de
prévention contre l’îlotage. Les normes doivent tenir
compte des nécessaires différences d’approche et
de choix effectués dans différents pays; ainsi, il se
52
Recommandations
peut que certaines des publications résultantes ne
soient pas normatives.
En outre, afi n de faciliter la mise en œuvre, le
MSB recommande que l'IEC et les organisations
travaillant en coopération avec elle tiennent un
symposium pour défi nir le contenu des normes et
autres publications nécessaires de l'IEC au sujet
du « smart grid ».
Rec. 8.2.10 – Meilleures pratiques en matière
de gestion de l’énergie électrique
Le MSB recommande que l'IEC élabore des
normes de meilleures pratiques dans le domaine
de la gestion de l’électricité. Ces normes doivent
consister en des spécifi cations relatives aux
aspects techniques de la gestion de l’énergie
électrique. Elles ne doivent pas être fondées sur
des produits ou des installations individuelles, mais
sur les systèmes complets concernés et doivent
s’articuler autour des services à fournir et des
objectifs d’effi cacité énergétique et de réduction
des GES.
8.3 Recommandations détaillées
Nous formulons ci-dessous un ensemble de
recommandations ayant trait à divers domaines
individuels (impliquant essentiellement des
technologies matures) que le MSB a identifi és
comme étant porteurs d’avancées en matière d’EEE
et de décarbonisation.
Rec. 8.3.1 – Normes de produits adaptées à
un contexte de cogénération
Le MSB recommande que le SMB veille à ce que
toutes les normes d’effi cacité énergétique de
produits prennent en compte la possibilité d’utiliser
les produits concernés dans un contexte de
cogénération. Cela peut impliquer, par exemple,
de mesurer l’effi cacité en partie en fonction de la
source, de la commutation, du comptage ou de la
qualité de l’électricité délivrée au produit.
Rec. 8.3.2 – Production d’énergie solaire
thermique
Le MSB recommande que le SMB examine la
possibilité d’édicter des normes relatives à la
production d’énergie solaire thermique.
Rec. 8.3.3 – Architecture énergétique des
bâtiments
Le MSB recommande que le SMB élabore des
normes se rapportant à l’architecture énergétique
des bâtiments et couvrant les méthodologies de
commande, de surveillance et de classement, en
tant qu’outils de mise en œuvre de l’effi cacité de
l’énergie électrique.
Rec. 8.3.4 – Méthodes de mesure de l’effi ca-
cité énergétique destinées à l’industrie
Le MSB recommande que le SMB élabore des
normes concernant les méthodes de mesure des-
tinées à l’industrie et nécessaires aux évaluations
comparatives, aux audits énergétiques, à l’évalua-
tion de la conformité aux réglementations, etc.
Rec. 8.3.5 – Infrastructure de rechargement
des véhicules électriques
Dans la mesure où elles ne sont pas en cours de
préparation, le MSB recommande que le SMB
élabore des normes concernant l’infrastructure
nécessaire pour recharger les véhicules électriques
et ses connexions aux véhicules.
Rec. 8.3.6 – Micro-réseaux
Le MSB mettra rapidement en place une veille
technologique et établira une feuille de route (voir
Rec. 8.2.5) concernant les éléments et systèmes
intervenant dans les micro-réseaux, y compris
lorsque chaque domaine est susceptible d’être
assez mûr pour faire l’objet d’une normalisation.
53
Recommandations
8.4 Liste de technologies
Lors de la collecte de données et des discussions
qui ont conduit au présent document, les membres
du MSB ont perçu la nécessité de clarifi er les
diverses technologies et les processus politiques
ou sociaux que nécessite l’EEE, ainsi que le
besoin d’établir un ordre de priorités. Le présent
paragraphe est le résultat initial des éléments
recueillis à ce jour.
Il reste beaucoup à faire pour compléter, préciser
et lever les ambiguïtés pouvant subsister dans
la liste ci-dessous et a fortiori pour proposer un
ordre de priorités cohérent. Cette liste ne doit
pas être considérée comme un élément
déterminant du présent white paper, mais
comme l’élément de base de futurs travaux.
Énergie solaire
Technologie solaire
Solaire photovoltaïque
PV: nanocellules à structure tridimensionnelle
Solaire thermique
PV (le reste)
Énergie nucléaire
Énergie nucléaire
Sûreté nucléaire (nouvelle génération à haut
rendement)
Sûreté nucléaire (licence étendue)
Énergie marine, hydroélectrique
et géothermique
Énergie marémotrice/des océans
Génératrices marémotrices
Génératrices houlomotrices
Énergie hydroélectrique
Énergie géothermique
Énergie éolienne
Production d’énergie micro-éolienne
Turbines éoliennes
Turbines éoliennes à haute puissance
Parcs éoliens offshore (transfert et stockage)
Chaleur
Cycle combiné à gazéifi cation intégrée
Production d’énergie thermique au charbon à
haut rendement
CSC
CSC (capture et stockage du carbone)
Capture du carbone
Stockage du carbone
Piles à combustible et pompe à chaleur
Piles à combustible stationnaires (dans le
cadre du service public)
Piles à combustible stationnaires (utilisation
domestique ou à l’échelle du bâtiment)
Piles à combustible à oxyde solide (double
emploi avec ce qui précède ?)
Piles à combustible à carbonate fondu (double
emploi avec ce qui précède ?)
Piles à combustible à membrane échangeuse
de protons (double emploi avec ce qui
précède?)
Pompes à chaleur
Stockage
Stockage de l’énergie électrique
Technologies des batteries à haute capacité
Stockage magnétique dans des bobines su-
praconductrices
Condensateurs
Stockage d’énergie par volant d’inertie
54
Recommandations
Stockage d’air comprimé et d’électricité
Moteurs à haute puissance à aimant permanent
Batterie de VE (véhicules électriques), VHR
(hybrides)
Transport et distribution d’énergie
Transport en courant alternatif à ultra-haute
tension
Transport en courant continu à haute tension
Nouveaux types de conducteurs
Lignes de transport isolées au gaz (GIL)
Conducteurs composites à courant élevé
Supraconducteurs à haute température
Alimentation en c.c. à basse tension
Réseau
Micro-réseau et système décentralisé
Interface avec réseau
Smart Grid
Maison intelligente avec chauffage et refroidis-
sement
Adaptation à la demande
Optimisation Volt-Var
Approche sectorielle
Bâtiments à faible consommation d’énergie /
systèmes de gestion d’énergie des bâtiments
Système de transport intelligent
Éclairage par DEL
Appareils électroménagers performants
Équipements de bureau performants
Anodes inertes pour les usines d’aluminium
Moteurs à réluctance
Technologies favorisant les économies
d’énergie
Équilibrage de charge
Onduleurs à haute effi cacité
Filtrage à haute effi cacité des harmoniques
Réduction des pertes en mode veille
Capteurs et commandes automatisés
Détection adaptative de présence
Météorologie
Recyclage des composants électriques
Gestion et processus
Feuille de route de technologie innovante
Administration de la gestion favorisant les
économies d’énergie
Introduction de la méthode Top Runner (Japon)
dans le secteur de l’électroménager
Éducation et mesures d’information (publicité)
Centre de conservation de l’énergie dans
chaque secteur
55
La Figure A.1, selon la publication AIE, Perspectives
énergétiques mondiales 2008, montre les sources
primaires servant à la production d’énergie. Les
chiffres des années à venir sont estimés sur la base
du Scénario de référence (« rien ne change », BAU),
d’après lequel les politiques gouvernementales
sont poursuivies sans changement signifi catif.
(Note: le document AIE, Perspectives énergétiques
mondiales 2009 présente des valeurs légèrement
inférieures en raison de la récession de 2009,
mais n’introduit pas de nouveaux paramètres
importants.)
Annexe A Demande mondiale en énergie primaire par combustibleselon le Scénario de référence
Pétrole
Charbon
Gaz
Biomasse
Nucléaire
Hydraulique
Autres énergies
renouvelables
MTe
p
Figure A.1 | Sources d’énergie (combustible) de 1980 à 2030 (en millions de tonnes
d’équivalent pétrole, MTep)
56
Si rien n’est entrepris, la situation ne fera qu’empirer.
À défaut d’une réorientation des politiques,
la planète s’achemine vers une élévation des
températures moyennes mondiales de 6 °C.
Selon le GIEC de l’ONU, une telle élévation aurait
pour conséquence « une modifi cation considérable
de tous les aspects de la vie et un changement
irréversible de l’environnement naturel ».
Le document AIE, Perspectives énergétiques
mondiales 2008 évalue les implications pour le
secteur de l’énergie des efforts déployés pour
mettre le monde sur une trajectoire différente, en
se fondant sur un scénario « 550 Policy Scenario »,
dans lequel la concentration des gaz à effet
de serre est stabilisée à 550 ppm d’équivalent
CO2, avec une hausse de température d’environ
3 °C, et sur un scénario « 450 Policy Scenario »
qui s’accompagne d’une hausse de 2 °C. Ces
scénarios sont illustrés à la Figure B.1 (à noter que
les Perspectives énergétiques mondiales 2009 de
l’AIE ne prennent pas en compte le scénario 550).
Annexe B Scénarios relatifs aux émissions de gaz à effet de serreet à la hausse de température
Figure B.1 | Scénarios de réduction des émissions de gaz à effet de serre
CO2 de l’énergie
Gaz combustibles
N2O
Méthane
CO2 de l’industrie
CO2 de l’agriculture
Scénario de référence
Gig
ato
nn
es d
’éq
uiv
ale
nt
CO
2
550 Policy Scenario 450 Policy
Scenario
57
La Figure C.1 montre les effets possibles de
différents moyens disponibles (sources) de
réduction des émissions de CO2, par rapport au
Scénario de référence, ainsi que les échelles de
temps potentielles.
Annexe C Réductions des émissions de CO
2 liées à l’énergie
selon les Scénarios 550 et 450
CSC
Nucléaire
Énergies renouvelables et biocarburants
Effi cacité énergétique
Scénario de référence 550 Policy Scenario 450 Policy Scenario
Gig
ato
nn
es 550
Policy
Scenario
450
Policy
Scenario
Figure C.1 | Sources potentielles de réduction de CO2 selon les Scénarios 550 et 450
58
Le concept illustré par la Figure D.1 peut être ap-
pliqué à tous les systèmes d’énergie électrique,
à savoir: les réseaux électriques, la production
locale, la production domestique, les centrales
indépendantes, le transport, la distribution et les
applications. Les énergies renouvelables, telles
que l’énergie solaire photovoltaïque, l’énergie éo-
lienne, les mini-centrales hydroélectriques, l’éner-
gie géothermique, l’énergie solaire thermique, les
pompes à chaleur et la production hydroélec-
trique 6 à grande échelle en font également partie.
6 Voir la Section 4.1, Énergies renouvelables (ER).
Figure D.1 | Schéma de mesure et d’évaluation de l’effi cacité de l’énergie électrique
Hydroélectrique
Production
d’électricité
Transport
d’électricité
Distribution
d’électricité
Secteur de l’industrie Secteur des services Secteur résidentiel Secteur des transports
(Applications)
Thermique Nucléaire Solaire
CO2 de l’énergie
Effi cacité
de l’énergie
électrique
Annexe D Évaluation systématique de l’effi cacité et de la réduction de CO
2
59
Évaluation systématique de l’effi cacité et de la réduction de CO2
Une approche étape par étape est décrite ci-
dessous. Voir également la Section 3.2, La chaîne
actuelle de l’énergie électrique.
D.1 Production
Les émissions de CO2 (émissions de GES) sont
étroitement liées aux méthodes de production.
Il est donc souhaitable de défi nir l’indicateur de
CO2 correspondant à ces méthodes et à l’énergie
d’entrée, et lors de l’évaluation de l’effi cacité
de l’énergie électrique, de commencer par les
processus indiqués dans les ovales de couleur
jaune de la Figure D.1, en procédant de la manière
suivante (le résultat infl uera sur chaque étape
consécutive à la production):
Indicateur de CO2 lors de la production =
CO2 / EE (Énergie d’entrée)
Indépendamment du CO2, l’effi cacité de la
production est la quantité d’électricité par unité
d’entrée :
Indicateur d’effi cacité de la production =
EP (Énergie produite) / EE
L’effi cacité de la production d’électricité à partir de
la vapeur est défi nie par l’AIE 7.
D.2 Transport
L’effi cacité du transport dépend des pertes de
transport :
Indicateur d’effi cacité du transport =
ET (Énergie transportée) / EP
D.3 Distribution
L’effi cacité de la distribution est déterminée par la
régulation des variations de charge, la structure du
réseau électrique approvisionnant les utilisateurs
fi naux et la gestion du réseau électrique, y compris
le « smart grid ». Compte tenu des pertes totales,
l’effi cacité peut se défi nir comme suit :
Indicateur d’effi cacité de la distribution =
ED (Énergie distribuée) / ET
7 Worldwide Trends in Energy Use and Effi ciency, AIE.
D.4 Applications
Les applications doivent être traitées pour tous
les secteurs évoqués dans le présent document
(par ex., bâtiments/services, industrie) et selon le
niveau de détail requis. Pour chaque secteur, les
réductions de CO2 résultant d’un changement de
comportement (voir les Sections 2.3.1, 2.3.5 et 3.1)
et de l’électrifi cation (voir la Section 2.3.3) doivent
être prises en compte, au même titre que les
améliorations de l’utilisation de l’énergie électrique
dues à la meilleure technologie disponible (MTD).
D.4.1 Industrie
Le secteur industriel couvre, entre autres8, la
production d’acier, de ciment, d’électricité, la
fabrication de produits chimiques, de pâte et de
papier. Chacun d’entre eux fait appel à divers
processus caractéristiques et les concepts
présentés dans cette section peuvent être utiles
à l’analyse des aspects de ces processus qui se
rapportent à l’énergie électrique.
D.4.2 Bâtiments: immeubles commerciaux
et de services (y compris de
bureaux)
Il convient de distinguer les bâtiments du
secteur commercial/services de ceux du secteur
résidentiel. Pour le premier, il existe deux méthodes
d’amélioration de l’effi cacité : accroître l’effi cacité
d’équipements, tels que les climatiseurs, l’éclairage
ou les machines de bureau; et améliorer la gestion
et le mode d’utilisation de ces équipements 9.
D.4.3 Bâtiments: secteur résidentiel
Au Japon, il existe une méthode dénommée « Top
runner » qui est appliquée au secteur résidentiel.
Cette méthode encourage les améliorations
apportées aux équipements afi n d’appliquer la
MTD 9.
8 Japan Energy Conservation Handbook 2008, The Energy
Conservation Center, Japon.9 Voir par exemple, la Section 3.7, Utilisation de l’électricité
dans les bâtiments.
60
Annexe ECentrale électrique à cycle combiné
Conf
igur
atio
n de
l’in
tégr
atio
n de
l’a
dapt
atio
n au
x ch
ange
men
tscl
imat
ique
s (M
ACC)
Chem
inée
BP 0
,4 M
Pa 2
73 °
C
Réch
auffa
ge v
apeu
r cha
ude
3,37
MPa
555
°C
HP 1
2,78
MPa
554
°C
Réch
auffa
ge v
apeu
r fro
ide
Refro
idis
sem
ent c
ham
bre
à co
mbu
stio
n
Géné
rate
ur d
e va
peur
à
récu
péra
tion
de c
hale
ur (H
RSG)
Géné
rate
ur
Tran
sfor
mat
eur
Cond
ense
ur
Turb
ine
à va
peur
Com
pres
seur
d’
air
Cham
bre
à co
mbu
stio
n
Gaz
d’éc
happ
emen
t
607
°C
Turb
ine
à ga
z15
00 °
C 2,
0 M
PaAi
r
Ballo
n HP
Ballo
n BP
Ballo
n BP
Gaz
natu
rel
Mer
Mer
Eau
de re
froid
isse
men
t
Évac
uatio
n
Ref
eren
ce :
TEP
CO
Dénitrification
Figure E.1 | Schéma de cycle combiné de Tokyo Electric Power Company
61
C.C.
PAC
Structure d’un système de production à cycle combiné de pile à combustible à gazéifi cation intégrée
Gazéifi eur de charbon
Chaudière à récupération de chaleur
Refroidisseur de gaz
de synthèse
Réchauffeur
gaz-gaz
Turbine
à combustible
Turbine à vapeurCondenseur
Référence : FEPC
Laveur
Système de désulfuration
Convertisseur de COS Régénérateur
Absorbeur au calcaire
Gypse
Installation de pile à combustible
Installations de traitement des
eaux résiduaires
Filtre
Mâchefers
C.A.
C.A.
Rectifi cateur
La Figure F.1 est une représentation schématique
de la technologie IGFC actuellement testée sur le
terrain (mentionnée à la Section 3.5).
Annexe F Système de pile à combustible à gazéifi cation intégrée, IGFC
Figure F.1 | Cycle combiné de pile à combustible à gazéifi cation intégrée (IGFC)
62
D’après PNUE, Buildings and climate change 2007; source AIE 2002
Source : AIE 2002.
Trad
ition
nelle
/vita
le
Bas Haut
Mod
erne
/ava
ncée
Utili
satio
n de
com
bust
ible
/éne
rgie
Revenu
Cuisson
Chauffage
Éclairage
Cuisson
Chauffage
Éclairage
Cuisson
Chauffage
Éclairage
Biomasse
Bougies, batteries
Biomasse, kérosène, GPL
Biomasse, charbon
Kérosène, batteries, élect. Électricité
Électricité
Électricité
Gaz, élect. GPL
Gaz, charbon, pétrole
Transport Transport
Pompe à eau
Réfrigération
Réfrigération
PétrolePétrole
Gazole, électricité
Électricité, batterieÉlectroménager de base
TICCuissonAutre électroménager
La consommation d’énergie dans les bâtiments
des secteurs résidentiel et tertiaire représente
40 % de la consommation totale et devrait réaliser
d’importantes économies par le biais d’initiatives
d’effi cacité énergétique, au cours de la décennie
à venir.
Dans le secteur résidentiel (logement), plusieurs
segments peuvent être différenciés dans un pays
donné (appartements, maisons individuelles,
immeubles en copropriété, etc.). Toutefois, dans
une perspective mondiale, la Figure G.1 montre
que l’utilisation et la consommation d’énergie sont
fortement déterminées par le revenu et corrélées
à celui-ci. Plus le revenu est élevé, plus l’électricité
est utilisée comme source d’énergie.
Le segment des bâtiments non résidentiels couvre
un large éventail d’applications, telles que les
immeubles de bureaux, les hôpitaux, les centres
commerciaux, les gares ferroviaires, etc.
Certaines d’entre elles mettent en œuvre des
processus lourds, comme c’est le cas des
centrales informatiques. La Figure G.2 montre la
Annexe G Analyse de l’utilisation de l’énergie dans les bâtiments –quelques chiffres
Figure G.1 | Relation entre revenu et utilisation d’énergie dans le secteur résidentiel
63
Analyse de l’utilisation de l’énergie dans les bâtiments – quelques chiffres
consommation relative d’énergie en fonction du
type de bâtiment.
L’utilisation des équipements de TIC connaît une
croissance exponentielle, tant dans les foyers que
dans les bureaux. Il y a dix ans encore, ils étaient
pratiquement inexistants dans les logements. À
présent, cette utilisation peut atteindre 1 000 kWh
par an dans les pays développés, jusqu’à 30 %
étant consommés en mode veille (source: France
ADEME 2008).
L’analyse par type d’usage fournit un cadre de
départ. Toutefois, ainsi qu’il apparaît au vu de la
Figure G.3, il existe des différences notables d’un
pays à l’autre. Il est donc important de disposer
de données de consommation par type d’usage
pour un pays donné. Bien que la technologie
permette d’obtenir une mesure économique de la
consommation par type d’usage, elle est rarement
disponible et les données sont des estimations
plutôt que de réels résultats de mesure.
Répartition de surface et de consommation d’énergie par sous-secteur du secteur non résidentiel
% de la consommation totale
Sous-secteur% de la
surface totale
Commerce de détail 24 23
18 21
4 7
20 13
11 13
6 9
14 10
3 4
Bureaux
Installations sportives
Enseignement
Soins de santé
Hôtels, restaurants
Bâtiments résidentiels
Bâtiments Transports
Source : Atlas 2006
D’après PNUE, Buildings and climate change 2007 ; source Atlas 2006
Figure G.2 | Consommation relative d’énergie des bâtiments non résidentiels, par type
de bâtiment
64
Analyse de l’utilisation de l’énergie dans les bâtiments – quelques chiffres
L’analyse du cycle de vie démontre le caractère
critique de l’effi cacité énergétique, pendant toute
la durée de vie d’un bâtiment (voir la Figure G.4).
Optimiser l’usage de l’énergie en ne donnant
accès qu’à l’énergie nécessaire et uniquement au
moment où elle est nécessaire est une condition
essentielle pendant toute la durée de vie utile des
bâtiments.
Figure G.4 | Utilisation de l’énergie par phase du cycle de vie d’un bâtiment
Figure G.3 | Comparaison par pays des utilisations de l’énergie dans les bâtiments
D’après PNUE, Buildings and climate change 2007
Résidentiel, Koweït
Commercial, Inde
Résidentiel, Inde
Commercial, États-Unis
Résidentiel, États-Unis
Résidentiel rural, Chine
Résidentiel urbain, Chine
Commercial, Australie
Résidentiel, Australie
Commercial, Canada
Résidentiel, Canada
Chauffage
Cuisson
Éclairage
Production d’eau chaude
Autres
Building & Environment, vol. 32, n° 4, pages 321 à 329 (1997)
Fabrication, transport
et construction, 12 %
Utilisation, 84 % (chauffage, ventilation,
eau chaude et électricité)
Entretien et rénovation, 4 %
65
Analyse de l’utilisation de l’énergie dans les bâtiments – quelques chiffres
Dans les bâtiments non résidentiels, l’électricité
représente environ 50 % de l’énergie utilisée et
constitue en outre un élément clé en matière de
contrôle de l’utilisation des autres combustibles,
tels que ceux destinés au chauffage. La Figure G.5
énonce les chiffres relatifs aux États-Unis et la Figure
G.6 ceux se rapportant à la France.
Gaz
naturel
Fuel-oil
(1) GPL
Autre
combustible (2)
Énergie
renouv. (3)
Élect. sur
place
Sur place Électricité
primaire (4)
Primaire
Total % Total %Éclairage 1.44 1.44 16.9 % I 4.57 4.57 25.5 %Chauffage des locaux 1.35 0.33 0.13 0.23 2.04 24.0 % I 0.75 2.55 14.2 %Rafraîchissement des
locaux0.02 0.73 0.75 8.9 % I 2.32 2.34 13.1 %
Production d’eau chaude 0.57 0.07 0.02 0.18 0.84 9.9 % I 0.56 1.23 6.8 %Ventilation 0.34 0.34 4.0 % I 1.08 1.08 6.0 %Équipement électronique 0.35 0.35 4.2 % I 1.12 1.12 6.3 %Réfrigération 0.23 0.23 2.7 % I 0.74 0.74 4.1 %Ordinateurs 0.18 0.18 2.2 % I 0.58 0.58 3.2 %Cuisson 0.23 0.04 0.27 3.2 % I 0.12 0.35 2.0 %Autres (5) 0.26 0.02 0.09 0.05 0.12 0.57 1.12 13.2 % I 1.82 2.37 13.2 %Ajustement SEDS (6) 0.71 0.18 0.03 0.92 10.9 % I 0.08 0.98 5.5 %Total 3.15 0.61 0.09 0.17 0.15 4.32 8.49 100 % I 13.74 17.91 100 %
Note(s): 1) Comprend du fuel-oil distillé (0,48 quad.) et du fuel-oil résiduel (0,14 quad.); 2) Il est supposé que le kérosène (0,02 quad.) et le charbon (0,10 quad.) sont
destinés au chauffage des locaux. On suppose que l’essence automobile (0,05 quad.) est destinée à d’autres utilisations fi nales. 3) Composées de biomasse
(0,12 quad.), chauffage solaire de l’eau (0,02 quad.) et PV solaire (moins de 0,01 quad. 4) Conversion de l’électricité entre le site et la source (en raison de
pertes de production et de transmission) = 3,18. 5) Comprennent les équipements de stations-service, les guichets automatiques bancaires, les équipements
de télécommunications, le matériel médical, les pompes, les groupes électrogènes, la production combinée de chaleur et d’électricité dans les bâtiments
commerciaux et les opérations de fabrication réalisées dans les bâtiments commerciaux. 6) Ajustement de l’énergie pratiqué par l’AIE pour atténuer les écarts
entre les sources de données. Énergie rapportée au secteur des bâtiments commerciaux, mais pas directement à des utilisations fi nales.
Sources: EIA, Anual Energy Outlook 2007, fév. 2007, Tableaux A2, pages 137 à 139, Tableau A5, pages 144 et 145, et Tableau A17, page 163; EIA, National Energy Modelling
System for AEO 2007, fév. 2007; BTS/A.D. Little, Energy Consumption Characteristics of Commercial Buildings HVAC Systems, Volume II: Thermal Distribution,
Auxiliary Equipment, and Ventilation, oct. 1999, pages 1 à 2 et 5-25 à 5-26; EIA, AEO 1998, déc. 1997, Tableau A5, page 108 et 109.
Recueil de données relatives à l’énergie dans les bâtiments : 1.3 Consommation d’énergie dans le secteur commercial Septembre 2007
1.3.3 Ventilation de l’utilisation fi nale de l’énergie dans le secteur commercial, par type de combustible (quadrillions de BTU)
Électricité (autre)
Cuisson
Eau chaude
Chauffage
Moyenne générale
Source : ADEME/CEREN, consommation fi nale
Figure G.5 | Répartition de l’utilisation d’énergie dans les bâtiments commerciaux aux États-
Unis : l’électricité représente près de la moitié de toute l’utilisation fi nale, mais plus de 75 % de
l’énergie primaire
Figure G.6 | Évolution de la consommation d’électricité des foyers français entre 1973 et 2005,
par type d’utilisation (1973 = 100)
66
Traitement des
matériaux
Machines
Machines-outils
de découpe
Machines-outils
de formage
Laminoirs
Impression,
textile, bois,
papier
Robots
Mélangeurs
Agitateurs
Centrifugeuses
Extrudeuses
Autoclaves
Concasseurs
Palans et grues
Transporteurs à
rouleaux
Transporteurs à
courroie
Élévateurs
Excavatrices
Pompes
volumétriques
Pompes
cinétiques
Ventilateurs
Souffl antes
Compresseurs
Conditionnement
d’air
Matériel de
production
Moyens de
transportPompes
Ventilateurs et
compresseurs
Transport des
matériaux
Appareillage de
transformation
Appareillage de transport,
dosage, modifi cation de
pression
Forme indéfi nieForme bien défi nie Solide Liquide Gazeux (mélange)
Machines de
travail
Il existe plusieurs modes de classement des
processus de l’industrie. Pour le développement
de l’EEE, une solution consiste à prendre comme
base du classement les équipements servant à
convertir l’énergie électrique en d’autres formes
d’énergie. Le degré d’abstraction du modèle de
classement doit être suffi samment élevé pour
que la liste de processus soit exploitable, mais
pas au point de rendre impossible l’utilisation du
modèle pour énoncer les meilleures pratiques ou
donner des orientations pratiques. Le modèle de
classement présenté dans le schéma ci-dessous,
fourni à titre d’exemple, place à l’intérieur d’une
hiérarchie les machines servant à travailler et
transporter des matières solides.
Annexe H Exemple d’architecture de référence pour la manutention des matériaux
67
Référence : Forum international Génération IV
Barres de
commande
Eau supercritique
Cœur du
réacteur
Réacteur
Turbine Générateur
Énergie électrique
SCWR
Réacteur refroidi à l’eau supercritique
Condenseur
Source froide
Pompe
Annexe JÉnergie nucléaire de 4ème génération
Figure J.1 | Réacteur refroidi à l’eau supercritique (SCWR)
68
Énergie nucléaire de 4ème génération
Figure J.2 | Évolution des générations de production d’énergie nucléaire
Référence : Forum international Génération IV
Génération I
Premiers réacteurs
prototypes Réacteurs de puissance
commerciaux
Génération II
Génération III
Génération III +
Génération IV
- Shippingport
- Desden, Fermi I
- Magnox - REO-REP, REB
- CANDU
- AGR
REO avancés
- REB avancés
- Système 80+
- Très économique
- À sûreté accrue
- À déchets réduits
- Résistants à la
prolifération
Modèles évolutifs
présentant
une rentabilité
améliorée pour un
déploiement à court
terme
69
Annexe KCapture et stockage du carbone
Référence : Programme de R&D sur les gaz à effet de serre de l’AIE
Centrale électrique avec
capture et stockage du CO2
Océan
Couches
de charbon
inexploitables
Pipeline Pipeline
Aquifères salins profonds
Gisements épuisés de
pétrole ou de gaz
Figure K.1 | Options de capture et stockage du carbone, CSC
70
Annexe LAnalyse de sensibilité des mesures de réduction du CO
2
Dans un scénario « rien ne change » (BAU dans le
Tableau L.1 ci-dessous), les émissions liées à la
production d’électricité seraient pratiquement
multipliées par trois à l’horizon 2050.
Un premier scénario pourrait limiter les
émissions de CO2 à un niveau inférieur au
double de leur valeur initiale, d’ici 2050. Les
Tableaux L.2 (pour 2030) et L.3 (pour 2050) ci-
dessous indiquent les améliorations possibles en
vert et en jaune, dans l’ordre et de haut en bas:
amélioration de 30 % de l’effi cacité de l’utilisation
fi nale, augmentation de la production à partir
d’énergies renouvelables/nucléaire portée à 30 %,
réduction des pertes de T&D qui passent de 9 %
à 7 % et amélioration de 5 % de l’effi cacité de
production. Les nouveaux totaux calculés après
chaque amélioration (énergie utilisée, CO2 émis)
fi gurent sur la ligne suivante.
Tableau L.1 | Électricité produite/utilisée et CO2 émis selon le scénario BAU, de 2010 à 2050
Électricité
produite
TWh
Électricité
à base
d’énergies
renouvelables
/ nucléaire
TWh
Électricité
à base de
combustible
fossile
TWh
Hydroélectricité
centralisée
TWh
Production
centralisée
TWh
Production
décentralisée
TWh
Pertes de
T&D
TWh
Consommation
fi nale
d’électricité
TWh
Émissions
de CO2
Gt CO2
Hypothèse
de BAU
Croissance
de 2.5 %
par an
Part de 20 %
(constante)
Constantes
à 9 %
0.54 kg
par kWh
(constantes)
2010 Réf. 20 000 4 000 16 000 3 200 19 200 800 1 800 18 200 10.8
2030 BAU 33 000 7 000 26 000 5 600 31 600 1 400 2 970 30 000 17.8
2050 BAU 54 000 11 000 43 000 8 800 51 800 2 200 4 860 49 100 29
71
Analyse de sensibilité des mesures de réduction du CO2
Électricité
produite
TWh
Électricité
à base
d’énergies
renouvelables
TWh
Électricité
à base de
combustible
fossile
TWh
Hydroélectricité
centralisée
TWh
Production
centralisée
TWh
Production
décentralisée
TWh
Pertes de
T&D
TWh
Consommation
fi nale
d’électricité
TWh
Émissions
de CO2
Gt CO2
2010 Réf. 20 000 4 000 16 000 3 200 19 200 800 1 800 18 200 10.8
2050 BAU 54 000 11 000 43 000 8 800 51 800 2 200 4 860 49 100 29
Moins 30 %Réduction via EE utilisation
fi nale -14 700 -8
2050 après EE utilisation
fi nale37 800 34 400
30 % d’énergies. renouv. (16 % H, 14 % PD)
Effet des énergies renouv.
37 800 16 400 21 400 8 800 30 200 7 600 34 400 -2.9
Pertes T&D 37 800 16 400 21 400 8 800 30 200 7 600 3 400 34 400
Pertes T&D de 7 % au lieu de
9 %
Effet de la réduction des pertes de T&D
-760 -0.4
Amélioration de 5 % de l’effi cacité
de production
Amélioration de l’effi cacité de production
-1.7
2050 SC1 37 000 16 400 21 400 8 800 30 200 7 600 2 640 34 400 16.1
Électricité
produite
TWh
Électricité
à base
d’énergies
renouvelables
TWh
Électricité
à base de
combustible
fossile
TWh
Hydroélectricité
centralisée
TWh
Production
centralisée
TWh
Production
décentralisée
TWh
Pertes de
T&D
TWh
Consommation
fi nale
d’électricité
TWh
Émissions
de CO2
Gt CO2
2010 Réf. 20 000 4 000 16 000 3 200 19 200 800 1 800 18 200 10.8
2050 BAU 33 000 7 000 26 000 5 600 31 600 1 400 2 970 30 000 17.8
Moins 30 %Réduction via EE utilisation
fi nale -5 500 -2.9
2030 après EE utilisation
fi nale24 500
30 % d’énergies. renouv. (16 % H, 14 % PD)
Effet des énergies renouv.
27 000 10 200 16 800 5 600 22 400 4 600 24 500 -1.7
Pertes T&D 27 000 10 200 16 800 5 600 22 400 4 600 2 430 24 500
Pertes T&D de 7 % au lieu de
9 %
Effet de la réduction des pertes de T&D
-540 -0.3
Amélioration de 5 % de l’effi cacité
de production
Amélioration de l’effi cacité de production
-1.45
2030 SC1 26 400 10 200 16 800 5 600 22 400 4 600 1 890 24 500 11.5
Tableau L.2 | Effets d’une amélioration de l’effi cacité de l’utilisation fi nale, d’une augmentation
à 30 % des énergies renouvelables et d’une réduction de 2 % des pertes de T&D, 2030
Tableau L.3 | Effets d’une amélioration de 30 % de l’utilisation fi nale/énergies renouvelables
et d’une réduction de 2 % des pertes de T&D, 2050
72
Analyse de sensibilité des mesures de réduction du CO2
Les économies d’énergie et l’effi cacité de
l’utilisation fi nale sont les principaux contributeurs,
les énergies renouvelables/nucléaire permettent
une réduction importante des émissions de CO2,
tandis que les améliorations de l’effi cacité de
production et la réduction des pertes de T&D sont
de moindres contributeurs.
Un scénario plus offensif est nécessaire pour
réduire les émissions de CO2 liées à la production
d’électricité. Le Tableau L.4 montre les effets d’une
amélioration de 10 % de l’effi cacité de production,
ainsi que les autres facteurs étudiés.
L’effi cacité énergétique et les économies liées
à l’utilisation fi nale demeurent les principaux
contributeurs. La combinaison d’une part de 50 %
d’énergies renouvelables/nucléaire et de 40 % de
production décentralisée est un réel défi pour la
stabilité du système électrique. Une amélioration
de 10 % de l’effi cacité de production a un impact
limité, dès lors que l’utilisation des combustibles
fossiles a été réduite.
Le graphique de la Figure L.5 illustre la perspective
d’une production de 50 % de l’électricité au moyen
de méthodes n’engendrant aucune émission
de CO2.
Tableau L.4 | Effets d’une effi cacité de l’utilisation fi nale de 40 %, d’une augmentation à 50 %
des énergies renouvelables et d’une réduction de 3 % des pertes de T&D, 2050
Électricité
produite
TWh
Électricité
à base
d’énergies
renouvelables
TWh
Électricité
à base de
combustible
fossile
TWh
Hydroélectricité
centralisée
TWh
Production
centralisée
TWh
Production
décentralisée
TWh
Pertes
de T&D
TWh
Consommation
fi nale
d’électricité
TWh
Émissions
de CO2
Gt CO2
2010 Réf. 20 000 4 000 16 000 3 200 19 200 800 1 800 18 200 10.8
2050 BAU 54 000 11 000 43 000 8 800 51 800 2 200 4 860 49 100 29
Moins 40 %Réduction via EE utilisation
fi nale -19 600 -10.6
2050 après EE utilisation
fi nale32 400 29 500
50 % d’énergies.
renouv. (10 % H, 40 % PD)
Effet des énergies renouv.
32 400 26 000 6 400 8 800 15 200 17 200 29 500 -8.1
Pertes T&D 32 400 26 000 6 400 8 800 15 200 17 200 2 916 29 500
Pertes T&D de 6 % au lieu de 9 %
Effet de la réduction des pertes de T&D
-972 -1
Amélioration de 10 % de
l’effi cacité de production
Amélioration de l’effi cacité de production
-0.9
2050 SC2 31 000 26 000 5 000 8 800 15 200 17 200 1 944 29 500 8.9
73
Analyse de sensibilité des mesures de réduction du CO2
Perspective
Sans CO2
Combustible fossile
Figure L. 5 | Évolution schématique vers une production de 50 % d’électricité sans émission de
CO2 en 2050
74
Annexe MLe projet DESERTEC
Concentration
d’énergie solaire
Énergie
hydraulique
Énergie
photovoltaïque Biomasse
Énergie
éolienne
Régions dotées de collecteurs ESC
pour l’électricité
Énergie
géothermique
Monde 2005
EU-25 2005
MENA 2005
TRANS-ESC bouquet énergétique pour la région EUMENA en 2050
CommissionElectrotechniqueInternationale
T +41 22 919 [email protected]
3, rue de VarembéCase postale 131CH-1211 Genève 20Suisse
® Registered trademark of the International Electrotechnical Commission. Copyright © IEC, Geneva, Switzerland 2010.
ISBN 978-2-88912-890-7
CHF 50.-
®
IEC
WP
Ener
gy C
halle
nge:
2010
-09(
fr)