L'impact de la contrainte carbone sur le secteur électrique européen - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Impact of carbon constraint on the European electricity sector

L'impact de la contrainte carbone sur le secteur électrique européen

Résumé

Two sets of factors will be decisive for the future evolution of European electricity sector: on the one hand, the necessity of new wave of investments for the renewal and the expansion of production capacities and, on the other hand, the emergency and the reinforcement of greenhouse gas emissions (GHG) constraints imposed by European policies and directives. The general idea of thesis is that European Emissions Trading system (ETS) is the instrument that can facilitate the decarbonisation of European electricity system. However, the necessary conditions ought to be brought together in the context of liberalisation in terms of risk management, market architecture and setting up of the complementary public policy instruments, in order for the carbon price signal to be effective. The purpose of the thesis is to provide details on these conditions and to examine the potentials scenarios for the evolution of European electricity production mix under the carbon constraint. The introduction of liberalisation in the electricity industry conditions significantly the investment choice. The analysis of theoretical market model allows demonstrating organisational inadequacy for developing an optimal technological mix and for adapting to long-term issues due to the extreme difficulty of interpreting the price signals. Indeed, the logic of a market and a concurrence disadvantages the investments in capital-intensive technologies, even though some of them less polluting like renewable energies, nuclear, hydraulic and thermal technologies integrating carbon capture and sequestration (CCS). In face of numerous uncertainties, the role of long-term risk management becomes therefore crucial. The employment of transaction cost theory allows studying the combinations of vertical arrangements that remain necessary in order to manage the risk and to facilitate the investments (e.g. vertical integration). The introduction of ETS overlaps with the market risks inherent to liberalisation. The analysis of the first years of ETS reveals numerous system design problems: the incoherencies and the counter incentives can be easily created thus facilitating bad decisions. The limited time frame for the carbon constraint and the volatility of the carbon price complicate even more decisions concerning the renewal of long term fixed capital stock. The enlargement of the carbon market and the interaction of European objectives in the horizon 2020 in terms of emissions reduction and increase of green electricity influence as well the anticipation of carbon price. The use of the prospective model POLES allows analysing these different configurations of the carbon market and establishing a number of possible scenarios for the carbon price in the medium and long term, which can be informative for public and private investors. Additionally, certain measures for the reduction of carbon price volatility are recommended (e.g. banking, reserve price). However, the successful implementation of these measures relies foremost on the credibility of governments' engagements in the long term. The modelling exercises with POLES model enable likewise the analysis of European electricity mix in the long term under the uncertainty of carbon constraint. Following the analysis of different methods relevant to the investment appraisal decisions under uncertainty, the privileged way consist of integrating the method of VAR (Value at Risk) as well as the method of mean-variance in the final simulations. In particular, the risk premium increases for carbon intensive technologies principally to the advantage of nuclear, wind and thermal technologies with CCS. The modelling exercises show therefore that it is possible to have a less emitting electricity mix in the future. The remaining challenge is to construct an organisational and institutional framework capable to stimulate the necessary investments in the near future.
Deux ensembles de facteurs vont être décisifs pour l'évolution future du système électrique européen : d'une part la nécessité d'une nouvelle vague d'investissements pour le renouvellement et l'expansion des capacités de production, et d'autre part l'émergence et le renforcement des contraintes d'émission de gaz à effet de serre (GES) qui imposeront une mise en conformité avec les politiques et directives européennes. L'idée générale de la thèse est que le système européen d'échange de quotas d'émission (SCEQE) est un instrument qui peut faciliter la décarbonisation du système électrique européen. Cependant, les conditions doivent être réunies dans un contexte libéralisé, en termes de gestion de risque, d'architecture des marchés et de mise en place des instruments complémentaires de politique publique, pour que le nouveau signal prix du carbone donne toute sa mesure. L'objet de la thèse est de détailler ces conditions et d'examiner les scénarios potentiels d'évolution de la structure de production du secteur électrique européen à moyen et long terme sous la contrainte carbone. L'introduction de la libéralisation de l'industrie électrique conditionne de manière significative les comportements d'investissement et les choix technologiques. L'analyse du modèle théorique du marché permet de démontrer l'inadéquation organisationnelle de celui-ci pour développer un mix technologique optimal et pour s'adapter aux problèmes de long terme du fait de signaux de prix difficiles à interpréter. En effet, la logique du marché et de la concurrence désavantage les investissements dans les technologies capitalistiques, même celles favorables du point de vue environnemental, comme les énergies renouvelables, le nucléaire, l'hydraulique ou encore les technologies thermiques intégrant capture et séquestration du carbone (CSC). C'est tout le problème de la gestion de risque à long terme face à de nombreuses incertitudes. L'emploi de la théorie des coûts de transaction permet d'examiner les combinaisons des arrangements verticaux qui demeurent nécessaires afin de gérer le risque et de faciliter les investissements (e.g. l'intégration verticale). L'introduction du SCEQE se superpose aux risques du marché inhérents à la libéralisation, et l'incertitude quant à la valeur du carbone rend le choix des investissements encore plus délicat. L'analyse des premières années de fonctionnement du SCEQE révèle l'importance du design du système : des incohérences dans l'architecture et des contre-incitations peuvent facilement être créées, favorisant ainsi les mauvaises décisions. L'horizon de la contrainte carbone qui demeure limité et la volatilité du prix du carbone compliquent davantage les décisions concernant le renouvellement d'un stock de capital de longue durée de vie. L'ouverture du marché carbone sur les mécanismes du projet et d'autres marchés de type cap and trade influencent également le prix du carbone anticipé par les investisseurs européens tout comme l'interaction entre les objectifs européens de réduction des émissions et ceux portant sur l'augmentation de l'électricité d'origine renouvelable à l'horizon 2020. L'emploi du modèle de prospective POLES permet d'examiner ces diverses configurations du marché carbone et d'établir des scenarios possibles de prix du carbone à moyen et long terme, qui peuvent constituer un élément d'information pour les investisseurs publics et privés dans la production d'électricité. De plus, un certain nombre de mesures destinées à réduire la volatilité du prix du carbone et à faciliter la convergence des anticipations des prix à long terme sont préconisées, en particulier l'utilisation de banking ou encore de prix de réserve. Cependant, la mise en oeuvre réussie de ces mesures repose avant tout sur la crédibilité des Etats dans leurs engagements à long terme. Les exercices de modélisation utilisant le modèle POLES permettent également d'examiner les mix technologiques européens à long terme sous l'incertitude du prix du carbone. Suite à un examen des divers outils pertinents d'aide à la décision d'investissements dans un univers incertain, la voie privilégiée consiste à intégrer la méthode VAR (Valeur à Risque) puis celle d'une analyse moyennevariance dans la simulation des portefeuilles de technologie réalisée par le modèle. Ceci conduit à affecter une prime de risque des technologies intenses en carbone principalement au bénéfice du nucléaire, de l'éolien et du thermique associé à la CSC. Les exercices de modélisation montrent donc qu'il est possible de disposer d'une structure de production d'électricité moins émettrice à l'avenir. Le défi restant est de construire un cadre organisationnel et institutionnel susceptible d'inciter à effectuer ces investissements nécessaires très prochainement.
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Dates et versions

tel-00466498 , version 1 (24-03-2010)

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  • HAL Id : tel-00466498 , version 1

Citer

Loreta Stankeviciute. L'impact de la contrainte carbone sur le secteur électrique européen. Economies et finances. Université Pierre Mendès-France - Grenoble II, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00466498⟩
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