1 Programmation de l’extension du service d’électrification rurale - Approche méthodologique 02 mars 2009 Programme d’électrification rurale par raccordement au réseau SBEE Facilité Energie projet N°61
Jan 03, 2016
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Programmation de l’extension du service d’électrification rurale
-Approche méthodologique
02 mars 2009
Programme d’électrification rurale par raccordement au réseau SBEE
Facilité Energie projet N°61
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Contexte
La première étape de la mission de maîtrise d’œuvre du programme d’électrification rurale par raccordement au réseau électrique de SBEE porte sur :
la caractérisation de l’offre et de la demande en énergie électrique en zone rurale, en particulier pour les 297 localités pré-sélectionnées
La sélection finale des villages à électrifier parmi la liste des 297 localités à partir d’une optimisation socio-économique et technico-économique
Le programme se déroule dans un objectif de « Réduction de la pauvreté à travers le développement de services énergétiques modernes ».
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Objectifs
Définir un cadre méthodologique axé sur 2 ambitions majeures:
Définition pertinente des investissements
Maximiser l’impact de ces investissements
Contribuer au renforcement des capacités en matière de planification
Transfert de connaissances
Vision à long terme
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2 approches possibles :
Approche « financière »: projets limités à la recherche du meilleur Taux de Rentabilité Interne (TRI),
Approche « résultats »: les ambitions se traduisent en termes de taux de couverture, taux de connexions…
Disponibilité des fonds connue
Planification orientée vers les besoins et la réduction de la pauvreté
Planification: quelle stratégie?
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Du fait de la spécificité du monde rural (demande énergétique généralement faible, population dispersée, etc.…), les projets d’électrification rurale sont souvent non rentables
D’où un besoin structurel de subvention des investissements
Dans des contextes de pays en développement souvent caractérisés par des ressources publiques rares, la question de l’optimisation de la subvention se pose avec encore plus d’acuité
Concrètement, la problématique se pose en ces termes:
Planification: constats
« Peut-on faire MIEUX avec le même niveau de subvention publique ? »
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METHODOLOGIE – Synthèse
Une approche en 4 étapes :
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1: Analyse spatiale
2: Analyse de la demande
3: Calcul du coût d’approvisionnement par le réseau
4 : Sélections des localités / projets
METHODOLOGIE – 1.Analyse spatiale
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S’intéresser à l’impact d’un programme d’électrification à l’échelle d’un territoire revient à se poser au préalable la question fondamentale des " LIEUX" PRIORITAIRES d’intervention.
Normalement : 2 étapes:
1. La sélection: quelles localités doivent être considérées en priorité?
2. La hiérarchisation: dans quel ordre de priorité ?
Dans le programme SBEE, un premier niveau de sélection a été effectués, avec 297 localités présélectionnées
METHODOLOGIE – 1.Analyse spatiale
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METHODOLOGIE – 1.Analyse spatiale
Étape 1: sélection des localités à fort potentiel socioéconomique
Identification des localités à fort potentiel socioéconomique = Pôles de développement
un Pôle de développement est un espace où l'habitat et les activités socioéconomiques se concentrent pour atteindre une certaine densité
notion relative dépendant fortement de l’échelle territoriale de l’étude
Processus d’identification :
Le programme a déjà présélectionné 297 localités. Elles constituent le premier niveau du territoire d’étude
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METHODOLOGIE – 1.Analyse spatiale
Introduction d’un paramètre, l’Indicateur du Potentiel de Développement (IPD), qui permettra de classer les localités à l’échelle d’un territoire
« L’IPD mesure la capacité d’une localité à enrayer la pauvreté sur le territoire constitué par elle-même et par les localités dites de sa périphérie » : un Pôle de développement est une localité disposant d’un IPD élevé
L’IPD sera calculé pour les 297 localités qui seront toutes considérées comme des Pôles de Développement
L’IPD est un indice composite compris entre 0 et 1, inspiréde l’IDH (Indice de Développement Humain)
Education
Niveau de Vie
Santé
Étape 2: classement des localités en fonction de leur potentiel socioéconomique
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IPD = 1/3 (IPDsanté) + 1/3 (IPDéducation) + 1/3 (IPDéconomie locale)
critères
composantevaleurpoidsIPD )*(
L’IDH combine 3 composantes de poids équivalents:(1) l’espérance de vie, (2) le niveau des connaissances (taux
d’alphabétisation des adultes et taux brut de scolarisation), et (3) le PIB réel par habitant ajusté en parité de pouvoir d’achat
L’IPD est défini par 3 composantes de poids équivalents-Santé / Éducation / Économie locale
Education
Economielocale
Santé etbien-être
social
COMPOSANTE POIDS Exemple de CRITERESPOIDS
[0,1]
SANTE 1/3Formations sanitaires 1/2
Accès à l’Eau potable 1/2
EDUCATION 1/3
Alphabétisation et éducation non formelle
1/3
Scolarisation 2/3
ECONOMIE LOCALE
1/3
Population de la localité 3/12
Agriculture 3/12
Marché 2/12
Distance à la route 2/12
Banques et établissements de micro-finance
1/12
Téléphonie 1/12
EXEMPLE DE SOUS-CRITERES
VALEUR
[0,1]
CMA 1
CM 0,6
CSPS 0,4
Dispensaire/maternité 0,2
Aucune 0
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Les critères, sous-critères et systèmes de pondération doivent être idéalement le résultat d’un consensus multi-sectoriel « grille équilibrée »
Pour chaque critère des 3 composantes (santé, éducation, économie locale), le niveau de service le plus élevé est pris en compte
l’IPD reflète la qualité du service disponible pour les populations locales
METHODOLOGIE – 1.Analyse spatiale
Étape 2: classement des localités en fonction de leur potentiel socioéconomique
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Logiciel d’aide à la planification basé sur des modèles mathématiques dits « gravitaires »
Estimation de la capacité d’attraction des localités
Délimitation des zones d’influence des localités
Probabilité de déplacement des
populations vers une localité
Classement basé sur la population totale potentiellement bénéficiaire d’un programme d’électrification d’une localité
METHODOLOGIE – 1.Analyse spatiale
Étape 3: hiérarchisation des Localités en fonction de la population bénéficiaire (directement et indirectement)
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METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
1: Analyse spatiale
2: Analyse de la demande
3: Calcul du coût d’approvisionnement par le réseau
4 : Sélections des localités / projets
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METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Etape primordiale dans toute démarche de planification. Celle-ci permet de: estimer la consommation et la demande de pointe
données d’entrée pour le dimensionnement àmoindre coût des options d’approvisionnement
estimer le nombre potentiel de clients et leurs besoins
Ces informations doivent ensuite être recoupées avec la capacité à payer
données d’entrée pour l’analyse économique et financière
Intérêt de l’analyse de la demande
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METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Caractériser la demande de chaque localité de la zone d’étude en terme de:
– demande de pointe (kW)
– consommation totale (kWh par an)
– nombre de clients (BT & MT)
– courbe de charge classée (monotone)
Ces informations sont renseignées pour:
– chaque année de la période de planification
– différents scénarios d’approvisionnement (ex. 24h pour extension réseau)
Objectifs :
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METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Prévisions « Top-down »
– techniques statistiques et/ou économétriques
– relations macro-économiques pour prévoir la demande totale au sein du territoire
Prévisions « Bottom-up »
– soit au niveau du fournisseur
– soit au niveau de la sous-station
– soit au niveau d’une unité de recensement
– soit à partir d’enquêtes consommateurs
Différentes approches :
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METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Ménages et infrastructures (écoles, artisans, moulins etc.) présentent différents niveaux et modes de consommation
Il existe également des différences significatives au sein de ces 2 catégories:
entre les ménages pauvres, modestes et aisés entre les différents types d’infrastructure et de service
Approche à l’échelle de la localité, nécessitant de définir de façon précise la contribution de chaque type de consommateur
demande = combinaison des demandes des différents types de consommateur
Le Modèle GEOSIM privilégie une approche « Bottom up »
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METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Les ménages sont répartis par classes d’utilisateur présentant les mêmes:
Capacité à payer pour le service électrique Niveaux de service escompté (capacité installée)
Les infrastructures et services sont répartis en 3 grandes catégories:
Services publics (pompage de l’eau, éclairage public, bâtiments administratifs…)
Infrastructures & services (boutiques, artisans, écoles, moulins…) Demandes spécifiques: consommateurs avec une consommation
électrique importante (agro-industrie, PME…) et situés dans seulement quelques localités
Types de consommateurs
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Fournit la demande horaire moyenne d’une journée, et plus précisément: Consommation totale Pointe Moments de la journée
avec une faible demande
Données importantes pour le dimensionnement des systèmes
d’approvisionnement
Calculées pour chaque scénario avec le nombre de clients et les conso.spécifiques de chaque type de consommateur
Courbe de charge détaillée – année 1
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0-1
2-3
4-5
6-7
8-9
10-1
1
12-1
3
14-1
5
16-1
7
18-1
9
20-2
1
22-2
3 0-1
Tranches horaires
Co
nso
mm
ati
on
(W
)
Infrastructures
et services
Ménages
METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Courbes de charge journalière
21
0-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 Total (Wh) Pointe (W) Ménages classe 1 0 996 996 0 0 0 0 2136 9396 8400 8400 8400 8400 47123 9396 Ménages classe 2 0 1470 1470 0 0 0 0 4276 12462 10992 10992 10992 10992 63647 12462
Pompage de l’eau 0 750 750 750 750 750 750 750 750 750 750 0 0 7500 750Éclairage public 0 0 0 0 0 0 0 188 375 375 375 375 375 2063 375
Bâtiments administratifs 0 150 150 150 0 0 0 38 75 75 75 75 75 863 150
Moulins 0 0 0 0 0 0 0 0 2000 2000 2000 2000 2000 10000 2000 Boutiques 0 150 150 150 150 150 150 300 300 300 300 150 150 2400 300
Écoles 0 0 0 100 100 100 100 25 50 50 50 50 50 675 100Centres de santé 0 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 50 50 1100 100
Hôpitaux, cliniques 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Artisans 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Total 0 3616 3616 1250 1100 1100 1100 7812 25508 23042 23042 22092 22092 135370 25508Total avec pertes 0 3888 3888 1344 1183 1183 1183 8400 27428 24776 24776 23755 23755 145559 27428
SOMME
En tenant compte des pertes techniques, la demande finale est
calculée par la formule suivante: (%)1
Pertes
TotaleDemande
La consommation journalière totale est la somme des
consommations horaires; la pointe correspond à la
consommation horaire maximale
A partir des consommations horaires de chaque type de client, il est possible de calculer la courbe de charge journalière moyenne de la localité:
METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Exemple : courbe de charge composite
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Hypothèses de croissance entre les années intermédiaires
Croissance de la population
Évolution des classes de ménage Le poids relatif de la classe la plus pauvre diminue Les poids relatifs des autres classes augmentent
Augmentation du taux de connexion et des consommations spécifiques Pour chaque classe de ménage Pour chaque type d’infrastructure
METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Evolution de paramètres : de l’année 1 à l’année finale planification
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Nombre de clients de chaque type
Consommation spécifique de chaque type de client
Courbes de charge journalières moyennes
Consommation annuelle et demande de pointe
Courbes des charges classées
Paramètres calculés en année 1 pour chaque scénario puis extrapolés
Courbe de charge journalière
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0-1
2-3
4-5
6-7
8-9
10-1
112
-13
14-1
516
-17
18-1
920
-21
22-2
30-
1
Tranches horaires
Co
nso
mm
ati
on
(W
)
Nombre de clients
050
100
150200250300350
400450500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Année
Cli
ents
MT
0
50
100
150
200
250
Cli
ents
MT
Prévision de la demande
0
100 000
200 000
300 000
400 000
500 000
600 000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Année
Co
nso
mm
atio
n (
kWh
)
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
Po
inte
(kW
)
Courbes des charges classées
0
20
40
60
80
100
120
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Durée (% de l’année)P
uis
san
ce (
kW)
METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande
Analyse de la demande : synthèse
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METHODOLOGIE – 3. Coût d’approvisionnement
1: Analyse spatiale
2: Analyse de la demande
3: Calcul du coût d’approvisionnement par le réseau
4 : Sélections des localités / projets
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Phase concrète de planification: définition d’un plan d’électrification
Identification des options d’approvisionnement les plus adaptées pour satisfaire la demande. Priorité aux localités qui présentent le plus fort IPD et la population bénéficiaire directe et indirecte la plus élevée
Estimation des investissements et des coûts d’exploitation et de maintenance
METHODOLOGIE – 3. Coût d’approvisionnement
Objectifs
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Dans le cadre du programme, il est demandé de ne prendre en compte que le scénario d’approvisionnement par le réseau électrique national.
Les Termes de références définissent que l’étude d’optimisation porte : Sur les 297 localités short-listés Et dans une deuxième étape sur les localités avoisinantes
(densification)
METHODOLOGIE – 3. Cout d’approvisionnement
Approche
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1ère simulation : extension de réseau en ne considérant que les 297 localités visées
1er niveau de résultat pour classement technico-économique (critère : coût du kWh)
2ème simulation : l’extension obtenue est intégrée à notre réseau de départ. A partir de ce réseau étendu, on relance une extension afin de densifier (réintégration de l’ensemble des localités du pays) et d’optimiser le raccordement des 297 localités, en se fixant une limite de distance au réseau (raccordement des localités à moins de X km de l’extension). On densifie nos extensions et non pas le réseau initial.
METHODOLOGIE – 3. Coût d’approvisionnement
Approche
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3ème simulation : on connaît désormais les localités «susceptibles» d’optimiser le raccordement des 297 localités. On relance une dernière simulation en considérant les « 297 localités » + «localités pour optimisation », ceci afin d’obtenir un tracé du réseau plus cohérent que celui obtenu lors de la 2ème simulation.
Comparaison des résultats avec ceux obtenus lors de la 1ère simulation (évolution du kWh, du coût/ménage)
METHODOLOGIE – 3. Coût d’approvisionnement
Approche
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Un projet comprend:
Une ou plusieurs localités, parmi lesquelles en général au moins une localité de la short liste de 297
Un raccordant les localités entre elles Une connexion au réseau MT actuel
METHODOLOGIE – 3. Coût d’approvisionnement
Localité de la short list
Localité
Réseau
Possibilité d’interconnexion
Définition des projets :
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Ambition: réduire le coût d’approvisionnement des Localités Paramètre d’étude: coût actualisé du KWh
Coûts (i): coûts en année i (investissements + exploitation & maintenance) Bénéfices (i): kWh vendus en année i
• r: taux d’actualisation économique
• Horizon: horizon de la planification
METHODOLOGIE – 3. Coût d’approvisionnement
horizon
i i
horizon
i i
riBénéfices
riCoûts
1
1
)1()(
)1()(
KWhdu actualiséCoût
Définition des « projets » : optimisation
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METHODOLOGIE – 3. Coût d’approvisionnement
1: Analyse spatiale
2: Analyse de la demande
3: Calcul du coût d’approvisionnement par le réseau
4 : Sélections des localités / projets
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Les 3 critères calculés seront utilisés pour établir la liste finale
Population bénéficiaire directe et indirecte
IPD des localités
Coût (FCFA/kWh) d’approvisionnement des abonnés de chaque localité
METHODOLOGIE – 4. Sélection des projets / localités
Définition des projets / localités à électrifier