transition énergétique en Afrique : enjeux techniques et économiques du développement des mini-réseaux d'électricité renouvelable pour des régions-types du continent africain

par Nicolas Plain

Projet de thèse en Océan, Atmosphère, Hydrologie

Sous la direction de Benoît Hingray et de Sandrine Mathy.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Etude des Transferts en Hydrologie et Environnement (laboratoire) depuis le 01-03-2017 .


  • Résumé

    Résumé du projet de thèse de Nicolas PLAIN Sujet : Transition énergétique en Afrique : enjeux techniques et économiques du développement des mini-réseaux d'électricité renouvelable pour des régions-types du continent africain Pour atteindre l'objectif du développement durable N°7 des NU – l'accès à une énergie propre, fiable pour tous à l'horizon 2030 – y-compris dans des zones isolées et tout en restant compatible avec les objectifs climatiques de la COP21, différentes études recommandent le développement de mini-réseaux électriques quasi-autonomes et alimentés par une production locale d'Énergie Renouvelable Variable (ERV : solaire, éolien). Cela concerne en particulier de nombreuses zones africaines, pour lesquelles la connexion à un réseau de transport d'électricité est limitée, voire inexistante. Dans ces régions, les mini-réseaux constituent le scénario le plus réaliste pour les prochaines années (voir le programme « Lighting Africa » de la Banque Mondiale ou les réalisations de la Fondation Énergies pour le Monde). Or le potentiel de ces mini-réseaux, mais aussi les contraintes techniques et socio-économiques associées à leur développement, sont très mal connus. Cette méconnaissance est pour grande partie liée au fait que les recherches existantes sont basées sur des données partielles ou lacunaires et qu'elles restent mono-disciplinaires et limitées par différents verrous scientifiques. Le présent projet de thèse vise à éclairer le potentiel de développement des mini-réseaux ERV (MR-ERV) en Afrique en s'appuyant en particulier sur un jeu de données météorologiques haute résolution disponible pour les décennies récentes afin d'une part, de mieux spécifier la configuration optimale de ces mini-réseaux (mix optimal des sources, facteurs d'intégration requis) pour différents régions-types – verrou en hydro-météorologie – et d'autre part, de fournir ainsi de meilleures estimations des potentiels de ces réseaux comme substituts aux solutions conventionnelles dans la transition énergétique de l'Afrique – verrou en économie des systèmes énergétiques décarbonés. Cette meilleure évaluation du potentiel des mini-réseaux découlera donc dans un premier temps de la caractérisation des gisements ERV régionaux et d'une optimisation du dimensionnement des systèmes, compte-tenu des contraintes d'inadéquation temporelle entre la ressource et la demande pour différentes échelles temporelles (intermittence + variabilité infra-journalière à pluriannuelle). Pour un mini-réseau type, seront explorés à cet effet différentes combinaisons de facteurs pouvant faciliter l'intégration des ERV (foisonnement ou surdimensionnement des sources, stockage, capacités de backup). Dans un deuxième temps, le déploiement des mini-réseaux types sera analysé en fonction de la variabilité spatiale des unités de consommation pour des échelles locales à sous-régionales (courbe de charge, facteurs régionaux, déterminants économiques). Ensuite, la faisabilité socio-économique de mini-réseaux types, qui implique une estimation des coûts actualisés des différentes technologies (production, stockage, backup), sera évaluée. Pour explorer la faisabilité climatique, technique, socio-économique d'un large ensemble de configurations, nous consoliderons le modèle de mini-réseaux CREmix permettant de simuler de façon générique et épurée les mécanismes de production en ERV et de demande, ainsi que les mécanismes d'ajustement production/demande (transport/stockage/backup). Le travail sera effectué pour des sous-régions du continent africain, contrastées d'un point de vue hydroclimatique et socio-économique (cf figure1). Il s'appuiera sur les données météorologiques haute résolution disponibles pour les décennies récentes (pseudo-observations issues de données satellites ou de modèles climatiques régionaux). Les données socio-économiques et données de terrain pour ces régions seront acquises via la Banque africaine de développement et la Fondation Energies pour le Monde. Ce travail de thèse contribuera à donner une meilleure évaluation du potentiel des énergies renouvelables en mini-réseaux en Afrique et ainsi alimenter les scénarios de décarbonation qui ne prennent, actuellement, que très mal en compte ce type de solution, alors même que des enjeux majeurs y sont associés. Nous pourrons aussi caractériser comment ces configurations-types varient suivant les contextes sur les sous-régions étudiées.

  • Titre traduit

    Energy Transition in Africa: Technical and Economic Challenges for the Development of renewable mini-grids for typical regions of the African Continent


  • Résumé

    Summary of the thesis project of Nicolas PLAIN Subject: Energy Transition in Africa: Technical and Economic Challenges for the Development of renewable mini-grids for typical regions of the African Continent To achieve the goal of sustainable development N ° 7 of the UN - access to clean energy, reliable for all by 2030 - including in isolated areas and while remaining compatible with the climate objectives of COP21 , Various studies recommend the development of mini-grids quasi-autonomous and powered by local production of Variable Renewable Energy (VRE : solar, wind). This applies in particular to many African areas, where connection to an electricity transmission grid is limited or non-existent. In these regions, mini-grids are the most realistic scenario for the coming years (see the World Bank's "Lighting Africa" program or the achievements of the Energies for the World Foundation). However, little is known about the potential of these mini-grids, as well as the technical and socio-economic constraints associated with their development. This lack of knowledge is largely due to the fact that existing research is based on partial or incomplete data and remains mono-disciplinary and limited by different scientific locks. The aim of this thesis project is to shed light on the development potential of mini-grids VRE (ERVs) in Africa, drawing in particular on a high-resolution meteorological data set available for recent decades in order to optimize the optimal configuration of these mini-networks (optimal mix of sources, integration factors required) for different model regions - hydro meteorological locks - and, on the other hand, to provide better estimates of the potentials of these mini-grids as substitutes for conventional solutions in the energy transition of Africa - lock in economics of carbon-free energy systems.