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MASTER PLAN PRODUCTION ET INTÉGRATION DES ÉNERGIES RENOUVELABLES
Mme MELLOUKI - ONEE Christian VILADRICH - EDF
Annual Meeting MEDELEC - 15 Avril 2014
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MASTER PLAN PRODUCTION ET INTÉGRATION DES ÉNERGIES RENOUVELABLES INTERMITTENTES
1. LE SYSTÈME ÉLECTRIQUE MAROCAIN -- Organisation du secteur électrique -- Orientations stratégiques, -- Le parc de production actuel et le plan d’équipement 2017 -- Les objectifs de développement des énergies renouvelables
2. MASTER PLAN PRODUCTION ET ÉNERGIES INTERMITTENTES -- Objectifs du schéma directeur production Maroc -- Le challenge de l’intégration des énergies renouvelables variables -- Les études d’intégration des énergies renouvelables : méthodologies. -- Méthodologie et logiciels mis en œuvre pour le schéma directeur Maroc -- Une donnée essentielle : les chroniques de productions éolienne et solaire
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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MASTER PLAN PRODUCTION ET INTÉGRATION DES ÉNERGIES RENOUVELABLES INTERMITTENTES
1. LE SYSTÈME ÉLECTRIQUE MAROCAIN -- Le parc de production actuel -- Les grands défis -- Stratégie du secteur électrique -- Programmes éoliens et solaires marocains
2. MASTER PLAN PRODUCTION ET ÉNERGIES INTERMITTENTES -- Objectifs du schéma directeur production Maroc -- Le challenge de l’intégration des énergies renouvelables variables -- Les deux familles de méthodologies -- Méthodologie et logiciels mis en œuvre -- Une donnée essentielle : les chroniques de production éolienne et PV
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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ORGANISATION DU SECTEUR DE L’ELECTRICITE
ONEE-BE Acheteur unique
ENERGIE APPELÉE TOTALE 32 TWh
ONEE-BE (58%)
Distribution MT/BT (43%)
11 846 GWh
Clients Directs THT/HT (15%)
4 212 GWh
Régies et Gestionnaires délégués (42%)
Clients MT et BT 11 739 GWh
Production ONEE-BE
- Capacité: 4 926 MW - Production: 13 252 GWh
(42%)
Production IPP
- Capacité: 1 750 MW - Production: 12 738 GWh
(40%)
Interconnexions Import: 5 551GWh
(18%)
Tiers nationaux
111 GWh (<1%)
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ORIENTATIONS STRATEGIQUES POUR L’ACTIVITE ELECTRICITE DE L’ONEE
5 Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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UN PARC DE PRODUCTION DIVERSIFIE
Hydraulique 8,8%
Gaz naturel 18,4%
Importations 17,5%
Fioul 14,3%
Charbon 38,0%
Tiers nationaux
0,4%
Eolien 2,6%
Energie appelée en 2013 : 32 015 GWh
Puissance installée en 2013 : 6 892 MW
En MW En % Hydraulique classique 1 306 19% STEP 464 7% Total Hydraulique 1 770 26% Centrales thermiques Vapeur 1 065 15% Turbines à Gaz (TAG) 1 230 18% Groupes Diesel (GD) 201 3% Centrale Thermique de Jorf Lasfar 1 320 19% Centrale à Cycle Combiné de Tahaddart 384 6%
Centrale à Cycle Combiné Ain Béni Mathar 452 7%
Total Thermique 4 652 67% Parc Eolien ONEE 200 3% Parcs Eoliens Privés (Loi 13-09) 200 3% Parc Eolien CED 50 1% Centrale à Cycle Combiné Ain Béni Mathar (Partie solaire) 20 0%
Total Eolien & Solaire 470 7%
Puissance installée totale 6 892 100%
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LE MAROC: CARREFOUR ELECTRIQUE ENTRE L’AFRIQUE ET L’EUROPE
Ligne 400 kV en exploitation
Ligne 400 kV en projet
Ligne 225 kV en exploitation
Ligne 225 kV en projet
Mise en service en 1988 Renforcement en 400 kV en 2008 Capacité d’échange: 1500 MW
Interconnexion Maroc-Algérie
•Mise en service en 1997 •Renforcement en 2006 •Capacité d’échange : 1400 MW •Capacité commerciale: 750 MW •3ème interconnexion en cours d’étude
Interconnexion Maroc-Espagne
Dakhla
Nouadhibou
Nouakchott
Interconnexion Maroc-Mauritanie en perspective
Objectifs : • Renforcer la sécurité
d’approvisionnement de la région en électricité fiable et à des coûts compétitifs ;
• Intégrer les systèmes électriques de l’Afrique de l’Ouest au réseau européen à travers l’Interconnexion Maroc-Espagne ;
• Valoriser les ressources en énergies renouvelables de la région ;
• Favoriser la création d’un marché régional d’électricité.
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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PLAN D’ÉQUIPEMENT EN MOYENS DE PRODUCTION
Capacité additionnelle de 4 518,5 MW, 2 340 MW en charbon avec les unités de Jorf
Lasfar, de Jerada et de Safi 1&2, 88,5 MW en fioul avec les groupes diesel de
Tiznit et de Dakhla; 1 420 MW de puissance éolienne (dont 420
MW à réaliser dans le cadre de la loi 13-09), 500 MW en énergie solaire au niveau du site
d’Ouarzazate 170 MW en hydraulique (complexe
hydroélectrique à M’dez et El Menzel) Projet PV de Tafilalet (100 MW)
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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Mix énergitique avec 42% en ER en 2020
Programme éolien integré de 2000 MW
Ces programmes ont pour but de: Répondre à une demande croissante
Généraliser l’accès à l’électricité
Promouvoir le potentiel marocain en ER Proteger l’envoronement et encourager l’éfficacité
énergitique Integration régionale
Programme solaire integré de 2000 MW
Capacité hydrau-électrique de 2000 MW
PROJETS RENOUVELABLES INTEGRES MAROCAINS Composantes clés de la stratégie des énergies renouvelables
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• 2000 MW • 14% de la capacité installée en 2020
• ≈ 6600 GWh
• 3.5 milliards US$
• 1,5 millions TEP
• 5,6 millions de tonnes par an
Capacité installée Productible annuel Investissement Economie annuelle en fioul
Réduction des émissions en CO2
PROJET EOLIEN INTEGRE MAROCAIN 2000 MW Un projet innovant et stucturant
Le potentiel éolien de plus de 6000 MW
la vitesse de vent estimée entre 7 et 11 m/s;
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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2000 MW de capacité éolienne en 2020 Objectif
Capacité Installée à fin 2013 480 MW
Capacité en cours de développement
670 MW
Programme Intégré d’Energie Eolienne 850 MW
Abdelkhalek Tores: 50 MW (IPP/ONE)
Amougdoul: 60 MW (ONE)
Tanger: 140 MW (ONE)
Lafarge: 30 MW (Auto production)
Tarfaya: 300 MW (IPP/ONE)
Akhefenir: 100 MW (LER)
Haouma: 50 MW (LER)
Jbel Khalladi: 120 MW (LER)
Taza: 150 MW
Tanger II: 100 MW
Koudia El Baida II: 300 MW
Tiskrad: 300 MW
Boujdour: 100 MW
PROGRAMME INTEGRE D’ENERGIE EOLIENNE CONSISTANCE ET OBJECTIFS
Entre 2013 et 2020
Déc
linai
son
de l’
obje
ctif
de 2
000
MW
éol
ien
Midelt: 150 MW
Akhefenir: 100 MW (LER)
Laâyoune: 50 MW (LER)
Jbel Lahdid: 200 MW
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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PROGRAMME MAROCAIN DE L’ÉNERGIE ÉOLIENNE
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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PROJET SOLAIRE MAROCAIN
Puissance installée: 2 000 MW
Capacité de Production annuelle: ≈ 4500 GWh
Coût estimé : 70 milliards de MAD
(9 Milliards de Dollars)
Les 5 premiers sites identifiés totalisent une superficie
de 10 000 hectares
Dates de mise en service:
Première centrale en 2015.
Totalité du projet à fin 2019.
Ouarzazate constitue la 1ère centrale de 500 MW à mettre en service en 2015-2016
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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•Transfert de technologie avancée en éolien et solaire •Promotion de plateforme industrielle et émergence d’une industrie high tech
•Opportunités d’accès à de nouveaux marchés à l’export
•Economie de fioul, émissions de CO2 évitées, …
•Création d’emplois directs et indirects •Ouvertures à des régions sélectionnées •Promotion du tourisme
•Création de cursus et cours dédies aux technologies éoliens et solaires dans les écoles d’ingénieur et dans les universités.
•Formation de techniciens qualifies en éoliens dans les institues de formation spécialisées
•Etablissement de partenariat entre l’industrie, les écoles d’ingénieurs – Université et les instituts de R&D,
Impacts Economiques Positifs Protection de l’environnement Développement régional Formation spécialisée
R&D
PROJETS EOLIENS ET SOLAIRES MAROCAINS Un projet innovant et stucturant basé sur un modèle PPP
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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MASTER PLAN PRODUCTION ET INTÉGRATION DES ÉNERGIES RENOUVELABLES INTERMITTENTES
1. LE SYSTÈME ÉLECTRIQUE MAROCAIN -- Le parc de production actuel -- Les grands défis -- Stratégie du secteur électrique -- Programmes éoliens et solaires marocains
2. MASTER PLAN PRODUCTION ET ÉNERGIES INTERMITTENTES -- Objectifs du schéma directeur production Maroc -- Le challenge de l’intégration des énergies renouvelables variables -- Les deux familles de méthodologies -- Méthodologie et logiciels mis en œuvre -- Une donnée essentielle : les chroniques de productions éolienne et solaire
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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OBJECTIFS DU SCHÉMA DIRECTEUR MAROC
Déterminer la séquence optimale des investissements en moyens de production à mettre en service sur la période 2014-2025
Vérifier la bonne intégration des énergies renouvelables : 2000 MW d’hydraulique en 2020 2000 MW d’éoliens en 2020 2000 MW de solaire en 2020
Les énergies renouvelables représenteront en 2020 : 46% en puissance installée (dont 30% pour le solaire et l’éolien) 31 % en énergie (dont 28% pour le solaire et l’éolien)
La méthodologie mise en œuvre pour déterminer le schéma directeur production répond à ces enjeux.
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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LES DIFFICULTÉS D’INTÉGRATION DES ENR …
Développement important de la part des ENR dans le monde : Réduction des émissions CO2 et poussières, lutte contre effet de serre, protection de
l’environnement, ressources fossiles limitées, diversification des sources d’énergies.
Mais … les énergies solaires et éoliennes sont « variables » : Variabilité à différents horizons de temps (mn, jour, saison) => le système doit avoir les
ressources de flexibilité nécessaires pour compenser cette variabilité. Puissance non garantie : pas toujours disponible quand besoin (ex : pas de solaire
photo-voltaïque à la pointe du soir) => besoin de moyens de « backup ». Energie fatale non dispatchable => comment gérer situations où il y a trop d’énergie ?
Episodes de prix négatifs en Allemagne, Espagne, France …
Ce sujet est étudié actuellement par un très grand nombre d’acteurs du secteur électrique et de laboratoires de recherche dans le monde.
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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LES QUESTIONS QUI SE POSENT …
Ratio max d’énergies renouvelables dans un système électrique ? 20% - 30% - 40 % ? Dépend de la taille du pays, foisonnement production ENR , interconnections, etc
Comment exploiter un système avec un part importante d’ENR ? Emergence de nouveaux outils : dispatching ENR avec fonctions de mesure, de
prévision et de contrôle (écrêtement de la production, réglage en MW et MVAR). Remettre à jour le processus de planification et d’exploitation. Remettre à jour les règles d’exploitation (calcul des marges hebdo ou journalière).
Quels leviers pour intégrer (davantage) d’ENR dans un système ? Stockage, interconnections, flexibilité du parc thermique, Demand Response, autres ? Il n’y a pas une seule solution, mais une combinaison de leviers possibles.
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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LA BOÎTE A OUTILS …
Dispatchable power plants Energy storage
Hybrid power plants
(W/PSPP, W/S/TPP, W/H2/TPP)
NaS
Interconnections
VRE geographical
spread
Improved VRE forecasting
Managing congestion
Ancillary services
Coordination of regional markets
(I) Physical flexibility
resources
(II) Grid
Intelligence
(III) Market model &
organisation
Grid strength
DSM
Storage asset : pay for performance
Feeding tariffs : curtailment & penalties
Infra-day market
Operation rules (reserves)
PSPP
Grid code
Electric Vehicle
Demand Response
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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ETUDES D’INTÉGRATION DES ÉNERGIES RENOUVELABLES :DEUX TYPES D’APPROCHE Approche globale simplifiée :
Méthode : analyse statistique variabilité ENR + gradient des ressources de flexibilité
Avantage : rapidité Inconvénient : beaucoup de simplifications. Au bilan, il n’y a aucune garantie sur la faisabilité
technique du résultat.
Ressources de flexibilités disponibles (1h, 6h, 36 h)
Caractérisation de la variabilité des ENR et de la
demande
Besoin de flexibilité supplémentaire ?
Choix optimal parmi les options de
flexibilité
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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ETUDES D’INTÉGRATION DES ÉNERGIES RENOUVELABLES :DEUX TYPES D’APPROCHE Approche par simulation détaillée du parc de production (bottom – up) :
• Pas de temps horaire (ou plus court) • Prise en compte contraintes dynamiques : durées minimales de démarrage, de marche, d’arrêt,
gradient up/ down, nombre d’arrêts/démarrages max (par jour, semaine, an).
Avantage : les contraintes dynamiques sont explicites. Finesse de l’analyse. Résultats auditables. Inconvénient : mise en œuvre (volume données, modélisation, temps calcul)
Elaboration des chroniques production ENR
(horaire ou plus court)
Modélisation du système électrique
Analyse résultats
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
Simulation détaillée (horaire ou plus court)
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SCHÉMA DIRECTEUR PRODUCTION AVEC ENR : ARTICULATION PLANIFICATION / CONDUITE
Modèle de planification : 2014 - 2025 Vision détaillée de la variabilité des énergies
renouvelables de l’horaire à l’inter-annuel Pas de temps horaire, 24 chroniques production ENR Centrales thermiques : coûts démarrage et Pmin Pas de contraintes dynamiques Décisions d’investissement 2014-2025
Modèle de dispatching : Vérification de la faisabilité opérationnelle Horizon annuel et pas de temps horaire. Contraintes dynamiques : gradients, nombre arrêts /
démarrages max, durées minimales de marche, démarrage, arrêts, réserve tournante.
Analyse : écrêtement production ENR, nombre d’arrêts/démarrages, etc.
Si non réalisable ajout nouveaux moyens flexibilité.
Modèle de planification
Modèle de dispatching
Réalisable
Si non réalisable : ajout moyen flexibilité
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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UTILISATION DES MODÈLES OPTGEN, SDDP, NCP DE PSR-INC (BRÉSIL)
Modèle de planification : 2014 - 2025 Vision détaillée variabilité des énergies renouvelables
de l’horaire à l’inter-annuel Pas de temps horaire, 24 chroniques production ENR Centrales thermiques : coûts démarrage et Pmin Pas de contraintes dynamiques Décisions d’investissement 2014-2025
Modèle de dispatching : Vérification de la faisabilité opérationnelle Horizon annuel et pas de temps horaire. Contraintes dynamiques : gradients, nombre arrêts /
démarrages max, durées minimales de marche, démarrage, arrêts, réserve tournante.
Analyse : écrêtement production ENR, nombre d’arrêts/démarrages, etc.
Si non réalisable ajout nouveaux moyens flexibilité.
OPTGEN / SDDP
NCP
Réalisable
Si non réalisable : ajout moyen flexibilité
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
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L’ÉLABORATION DES CHRONIQUES DE PRODUCTION ÉOLIENNES ET SOLAIRES Production éolienne : 24 années de production à pas horaire
Transvalor : vitesses de vent à 50 m de hauteur obtenues par modèle climatique avec ré-analyse de données météo.
Maillage de 50 km (en longitude) x 74 km (en latitude) Recalage sur mesure de 22 mats de mesure de vent ONEE (1 à 2 ans) Calcul pour 11 sites
Production solaire : 8 années de production à pas horaire
Helioclim : ensoleillement global (DNI) estimé à partir de photos satellitaires, avec correction Mc
Clear (prise en compte d’aérosols marins ou poussières)
Elaboration des chroniques de production
• Avec le logiciel PVSYST (optimisation de l’inclinaison)
• Prise en compte de la température (horaire moyenne) car effet sur le rendement (- 0,5% / °C)
Master Plan production et intégration des énergies renouvelables
0%20%40%60%
Facteur de charge éolien pour la zone Sud Dakhla1
Dakhla2
Boujdour
Laayoune
Tiskrad 1
Tah1
Tarfaya1
Tarfaya2
0%20%40%60%
Facteur de charge éolien pour la zone Nord
Nouinouich
tanger 1
tanger 2
0%20%40%60%
Facteur de charge éolien pour la zone Moyen Atlas
Midelt2
Taza 1
Taza 2
0
200
400
600
800
1000
W/m
2
Evaluation du DNI du mois de juillet
données Hélioclim V3.4données transmises par ONEHélioclim corrigé clearsky