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CO2: The return

As of last August, the financial world was already labelling CO2 as the best-performing raw material of 2018, with a nod to its price skyrocketing by 300% in one year (and nearly 400% if we take into account the peak of €25.16/tonne of CO2 reached on 10 September).

 Discussing the performance of a product that is generally seen as a tax seems provocative at the least! Are they saying that the CSPE [Contribution to the Public Electricity Service tax] is not very efficient because it doesn’t seem to have risen from €22.5/MWh since 1 January 2016? Have we tipped our hat to the performance of the CSG [general social contribution tax] which, as of 1 January of this year, leaped up 1.7 points from 7.5% to 9.2% (a performance of 22.6%!)?

These market shifts and envious comments are here to remind us (10 years after the great financial crisis and the fall of Lehman Brothers) that, when we’re talking about CO2 and its price, it’s not a raw material, nor is it a gas or thin air, but a financial product: the EUA (European Emission Allowances).

Our goal here is not to retrace the chaotic and sometimes inflammatory history of this product. As a reminder of this, we will make do with this diagram:

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We are, rather, proposing that we shed some light on certain aspects and consequences of these changes in the market.

Reasons for this CO2 price increase

The progression of EUA prices already has a long history of being extremely volatile. As a market whose base is essentially regulatory in terms of the European Union, this market evolves as decisions are taken (or announced or expected). In the present case, the carbon market’s current performance is generally attributed to the market’s expectation of the January 2019 implementation of the market stability reserve (MSR), the key element of the UE-ETS reform adopted last year and published this year (Directive 2018/410 of 14/3/2018).

Impact on the price of electricity: A second CSPE

Electricity futures has also been a very ‘high-performing’ market these last twelve months! Over one year, the French baseload Cal ’19 contract rose from approximately €40/MWh to €60/MWh (turning in a respectable performance of 50%). Of course, the price of coal was also ‘high-performing’ at nearly 20%, but the primary factor in this increase continues to be the impact of the EUA price rise. This impact is even quantified in Article L 122-8.I of the energy code: 0.76 tonnes of CO2 per MWh (conveying the somewhat counter-intuitive reality of the French price’s serious dependency upon coal electricity). On this basis, the impact on the price of electricity may be estimated as falling between €15 and €20/MWh (i.e., 25-30%).

Impact on the consumer

Until now, the French consumer has been partially protected from this hike by the ARENH mechanism, which caps the cost of its basic supply at €42/MWh. However, this mechanism has a time limit (2025) and is capped for supply from suppliers who are EDF competitors (until now, the cap of 100 TWh did not apply, but with EDF’s market losses, this could occur as soon as the next allocations in November 2018).

Furthermore, following an additional mechanism implemented from 2016 (when the market price was below the ARENH price) for electro-intensive consumers (see Article L 122-8.I of the energy code), these consumers may be compensated for the CO2 impact on the price of electricity. But the basis for evaluating CO2 used for the compensation is only set at €5.91/tonne (it’s doubtful that this value will be revised), and this measure also has a time limit (2020).

These protections are therefore only partial, and the impact is already being felt by industrial consumers (and certainly will be felt soon by individuals).

Impact on the environment

Perhaps we should have started with this point, because it’s the aim of the European system of trading quotas of greenhouse gas emissions (SEQE in French), better known under its English name, the European Trading Scheme (ETS).

We could opt for cynicism and explore the changes in emissions in the French electricity sector, asking ourselves the simplistic question: what was the impact of this ‘double CSPE’ on emissions in the electricity sector?

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From a wider standpoint, this limited impact of the ETS on the environment grew out of the debates and conclusions presented during the Conference on the ‘2018 State of the EU ETS’ in Paris on 13 June last (in the presence of the DGEC (Directorate General for Energy and Climate), EDF and a number of large industrial groups):

  • The ‘Control & Command’ policies are what have impacted the reduced emissions in the energy sector.
  • The role and impact of the ETS cannot be clearly identified as long as the price is below €30/tonne (i.e., until now).
  • Most large industrial players still have a credit balance of free allowances.

If the prices of CO2 were to remain permanently at high levels (which, in view of the history, is not a given), demonstrating a genuine scarcity of allowances for large companies, we would enter into a new paradigm. This mechanism would shift from a system that subsidises large European industrial sectors to a system that would tax these same companies.

Will it become a zero-sum system, now that the system is living on outside the Kyoto Protocol (i.e., outside the non-EU objectives)? Ultimately, the EU member states as well as various European funds for research and innovation are benefiting from the auctioning off of these allowances, and this revenue may, in the end, come back to the industry. Doubts are to be expected, and the critics of such a system are not just on the other side of the Atlantic. Pope Francis already pointed it out in 2015:

‘The strategy of buying and selling “carbon credits” can lead to a new form of speculation which would not help reduce the emission of polluting gases worldwide. This system seems to provide a quick and easy solution under the guise of a certain commitment to the environment, but in no way does it allow for the radical change which present circumstances require. Rather, it may simply become a ploy which permits maintaining the excessive consumption of some countries and sectors’ (Encyclical: Laudato Si)

Philippe Boulanger

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Electrolyse et modulation du nucléaire

Contribution de l’électrolyse à l’intégration des énergies renouvelables et à l’optimisation du système électrique français

Paris le 10 octobre 2018

  1. Le nucléaire en France au cœur de l’équilibre du système électrique

Avec 58 tranches de centrales nucléaires représentant une puissance installée de 63,13GW l’énergie nucléaire assure près de 80% de la production d’électricité en France (72,13% en 2016 et 77% en 2014)

Ceci est bien connu. Ce qui l’est un peu moins est que le nucléaire assure aussi une très grande part des besoins de modulation du réseau :

Réglage de fréquence :

Les centrales sont réglées pour fournir +/-7% de la puissance nominale en réglage de fréquence (+/-2% réglage primaire et +/-5% en réglage secondaire)

Modulation et suivi de charge

Toutes les tranches, sauf celles de la série CP0 (Fessenheim et Bugey représentant 8% de la puissance nucléaire installée) sont capables d’offrir une capacité de modulation de 80% de la puissance installée avec des rampes entre 3% et 5% par minute (le niveau de production doit être au minimum de 20% de la capacité installée)

Le parc nucléaire est donc actuellement encore en mesure de répondre largement aux besoins de flexibilité induits par le développement des renouvelables, mais au prix d’un taux de charge réduit des centrales et donc de perte de valeur importante.

  • Estimation de la modulation du nucléaire

D’un point de vue économique autant que du point de vue des émissions de CO2, cette modulation correspond à une destruction de valeur.

C’est la raison principale pour laquelle, en termes d’émissions de CO2, le système électrique français de bénéficie pas du développement des énergies renouvelables :

(Source RTE)

La production d’hydrogène par électrolyse permettrait, par sa flexibilité et sa demande additionnelle en énergie renouvelable, de limiter très sensiblement cette modulation.

Nous avons quantifié, d’une façon conservative, cet apport à partir des données de consommations horaires de l’ensemble des groupes nucléaires disponibles sur le site de RTE pour les années 2014 et 2016

Pour chacun de ces groupes (hors tranches série CP0) nous avons identifié et quantifié cette modulation de la façon suivante[1] :

  • Identification : à chaque fois que la puissance produite est comprise entre 20% et 86% de la puissance installée (si moins de 20% le groupe est à priori en dehors de la plage de flexibilité et au-dessus de 86% le groupe participe potentiellement en réglage de fréquence[2])
  • Quantification : sur chaque heure identifiée, la modulation est quantifiée par la différence entre la puissance produite et 93% de la puissance installée (afin de rester disponible pour le réglage fréquence)

En annexe 1, nous présentons des exemples d’identification et de quantification

Résultat pour 2014

Le volume modulé (hors control fréquence) total représente près de 12 TWh (11,924TWh)

Résultat pour 2016

Le volume modulé (hors control fréquence) total représente plus de 8 TWh (88,228TWh)

  • Apport de l’électrolyse de masse

Nous avons donc aussi quantifié le fonctionnement d’usines de production d’hydrogène par électrolyse qui limiterait au maximum cette modulation.

Nous avons fait les calculs pour des installations de 200MW à 900MW d’électrolyse.

Résultat pour 2014

  • Une usine d’électrolyse de de 200MW aurait un facteur de charge de 89% (7802h/a), consommerait 1,56TWh et produirait 28 500 t H2
  • Une usine d’électrolyse de de 500MW aurait un facteur de charge de 83% (7300h/a), consommerait 3,66TWh et produirait 66 500 t H2
  • Une usine d’électrolyse de de 600MW aurait un facteur de charge de 81% (7110h/a), consommerait 4,27TWh et produirait 77 588 t H2
  • Une usine d’électrolyse de de 900MW aurait un facteur de charge de 73% (6437h/a), consommerait 5,79TWh et produirait 105 348 t H2

Il est intéressant de rapprocher ces volumes de production d’hydrogène avec le Plan de Déploiement de Hydrogène présenté par le gouvernement le 1er juin 2018 :

Mesure 1 : 100 000 t H2 dès 2023

Résultat pour 2016

  • Une usine d’électrolyse de de 200MW aurait un facteur de charge de 82% (7201h/a), consommerait 1,44TWh et produirait 26 232 t H2
  • Une usine d’électrolyse de de 500MW aurait un facteur de charge de 72% (6304h/a), consommerait 3,16TWh et produirait 57 413 t H2
  • Une usine d’électrolyse de de 600MW aurait un facteur de charge de 69% (6034h/a), consommerait 3,63TWh et produirait 65 938 t H2
  • Une usine d’électrolyse de de 900MW aurait un facteur de charge de 60% (5239h/a), consommerait 4,72TWh et produirait 85 872 t H2
  • Conclusion

Avec Flamanville 3 (1600MW) qui va rentrer en service prochainement, 3 à 5TWh d’électricité renouvelable rajoutée chaque année sur le réseau électrique en France et une demande constante (tendance décroissante), le déploiement massif de l’électrolyse c’est ici et maintenant et à un rythme de plusieurs centaines de MW par an. La demande supplémentaire d’électricité renouvelable pendant de longues heures d’utilisation induite par cette production d’hydrogène ne générera aucune émission de CO2 additionnelle et permettra de décarboner d’autres secteurs : transport, industrie & chauffage.

C’est le principe de l’intégration trans sectorielle, une opportunité industrielle unique pour la France

Annexe 1 :

Exemple d’identification et de quantification (Blayais 2 et Chooz 1 en 2016)


[1] Il s’agit d’une estimation simplificatrice et conservatrice indépendante de contraintes d’exploitation qui ne sont connues que par EDF.

[2] L’électrolyse par sa flexibilité serait en mesure d’assurer aussi une grande partie du réglage fréquence.