The impact of grid pricing and support policies on the development of photovoltaic self-consumption
L’impact de la tarification des réseaux et des politiques de soutien sur le développement de l’autoconsommation photovoltaïque
Résumé
Over the past ten years, the public authorities have supported the photovoltaic industry to meet greenhouse gas emission reduction targets. The support policies have resulted in unprecedented development of this sector, leading to a significant reduction in production costs. This trend combined with the increase of the retail rates enabled to reach the grid parity in some European countries. Households are now encouraged to invest in a photovoltaic power plant in order to consume a part of their consumption. These households are called prosumers. The photovoltaic investment depends mainly on the grid pricing. This tariff is based mainly on the energy withdrawal from the grid. However, this kind of tariff does not reflect the costs of the electricity grid operators, which are mainly fixed in the short and medium term. The drop in revenue due to self-consumption leads to a deficit for the grid operators, which must be covered by an increase in the grid tariff. This situation leads to cross-subsidies from standard consumers to self-consumers.The objective of this thesis is to answer this problem and it consists of 4 chapters. In the first chapter, an analysis of policies supporting self-consumption was carried out for the following countries: Germany, the United Kingdom, Denmark, Spain and France. This study is based on bibliographical and documentary research to identify the strengths and weaknesses of these policies. In the second chapter, we study the indirect costs of the self-consumption development for the consumers. For this purpose, an estimate of cross-subsidies in France between 2017 and 2021 is proposed. This estimate is based on the calculation of the volumes of self-consumption aggregated at the national level by modelling the load curves of different consumers and company profiles. In Chapter 3, the current support mechanism is evaluated according to two criteria, namely the revenue generated by self-consumption and the support costs for the ratepayers. A simulation model has been developed to determine the profitability of a photovoltaic installation coupled with a battery under different grid tariffs. In chapter 4, an estimation of the profits related to the self-supply is made. A battery charge optimisation model has been developed with the objective of maximising the revenue from the consumption savings for the prosumer.The thesis shows that self-consumption support policies have neglected the indirect costs related to network pricing. It is necessary to modify the grid pricing in order, on the one hand, to limit cross-subsidies and, on the other hand, to take advantage of the benefits that self-consumption can bring to the network. Signals need to be sent in order to increase the value of self-consumption. Nevertheless, this is only possible by changing the current subsidy scheme, which does not encourage battery adoption. The results show that a premium for battery investment would limit the cross-subsidies but would limit the development of self-consumption.
Depuis une dizaine d’années, les pouvoirs publics ont soutenu la filière photovoltaïque pour répondre à des objectifs de réduction d’émissions de gaz à effet de serre. Les politiques de soutien mises en place se sont traduites par un développement sans précédent de cette filière entrainant une baisse significative des coûts de production. La baisse a été telle que, dans de nombreux pays, les coûts de production photovoltaïque sont inférieurs au prix de détail de l’électricité. Les ménages sont désormais incités à investir dans une centrale photovoltaïque pour autoconsommer une partie de leur consommation. Ce phénomène que l’on nomme autoconsommation dépend en grande partie de la structure du tarif de réseau. Actuellement, ce tarif est basé principalement sur l’énergie soutirée sans différentiation temporelle. Or, ce type de tarif ne reflète pas les coûts des gestionnaires de réseaux électriques qui sont essentiellement fixes à court et moyen terme. La baisse des recettes induit par l’autoconsommation engendre un déficit pour les gestionnaires de réseau qui doit être recouvert par une hausse du tarif réseau. Cet effet entraine des subventions croisées des consommateurs standards vers les autoconsommateurs.L’objectif de cette thèse est de répondre à cette problématique et elle se compose de 4 chapitres. Dans le premier chapitre, une analyse des politiques de soutien à l’autoconsommation a été réalisée pour les pays suivants : l’Allemagne, le Royaume-Uni, le Danemark, l’Espagne et la France. Cette étude repose sur un travail de recherche bibliographique et documentaire afin d’identifier les forces et les faiblesses de ces politiques. Dans le 2e chapitre, on étudie les coûts indirects du développement de l’autoconsommation pour les consommateurs. Pour cela, une estimation des subventions croisées en France entre 2017 et 2021 est proposée. Cette estimation repose sur le calcul des volumes d’autoconsommation agrégés à la maille nationale à partir de la reconstitution des courbes de charge de différents profils de consommateurs et d’entreprises. Dans le chapitre 3, le mécanisme de soutien actuel est évalué selon 2 critères qui sont les revenus générés par l’autoconsommation et les coûts de soutien pour la collectivité. Un modèle de simulation a été développé pour déterminer la rentabilité d’une installation photovoltaïque couplée avec une batterie sous différents tarifs réseaux. Dans le chapitre 4, une estimation des gains liés à l’effacement de consommation est réalisée. Un modèle d’optimisation de la charge de la batterie a été développé dont l’objectif est la maximisation des revenus issus de l’effacement pour l’autoconsommateur.La thèse montre que les politiques de soutien à l’autoconsommation ont négligé les coûts indirects liés à la tarification des réseaux. Il est nécessaire de modifier la structure du tarif réseau pour, d’une part, limiter les subventions croisées et, d’autre part, pour profiter des bénéfices que peut apporter l’autoconsommation pour le réseau ou pour le système électrique en général. Des signaux tarifaires sont nécessaires pour augmenter la valeur de l’autoconsommation mais cela n’est possible que par la modification du schéma actuel de subvention qui n’encourage pas à l’adoption de batteries. Les résultats montrent qu’une prime à l’investissement de la batterie serait moins couteux pour la collectivité mais limiterait le développement de l’autoconsommation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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