Une crise de grande ampleur laisse supposer d’importants changements en politiques publiques.Toutefois, les multiples accidents nucléaires ont souligné l’effet d’inertie du système de l’électricité en France comme au Japon et du maintien des acteurs dominants au sein de ce système. Le particulier focusing event que constitue Fukushima apparaît toutefois comme un vecteur important de changement dans un système fortement soumis à la dépendance au sentier et à un bouleversement des rapports de force,dépassant par là même les enjeux énergétiques. Au delà des questions de gouvernance de l’énergie, ce travail vise en outre à souligner les importantes transformations qui touchent le marché de l’électricité sous les effets d’une libéralisation toujours plus poussée. Dès lors cette analyse s’attache à fois à l’étude de la gouvernance de la politique de l’énergie mais également aux conséquences d’une ouverture plus progressive du marché sur les acteurs concernés dans une perspective principalement nationale mais aussi européenne. / While a widespread crisis would cause significant changes in public policies, nuclear accidents underline an inertia effect in the energy system in France and Japan. These cases lay out the maintenance of the position of dominant stakeholders within the system. Nevertheless, the particular focusing event of Fukushima appears to be an important driver of change in a system with strong path dependency, and disrupts the power balance of stakeholders. The change then goes beyond energy issues. In addition to the governance stakes, this thesis examines the significant alterations of the electricity market under the liberalisation dynamics . It also analyses the governance of energy policy and the consequences of the electricity market from domestic and European perspectives.

Cette thèse analyse les dynamiques de changement du système énergétique en se focalisant sur les énergies marines renouvelables (EMR). A travers l’examen de dix études de cas (études à la fois sectorielles et territoriales), elle s’interroge sur les raisons du retour de ces technologies au tournant des années 2000. Mises à la marge du paradigme dominant de la production d’électricité des années 1980, nous montrons que les énergies marines renouvelables sont revenues sur le devant de la scène dans un contexte de crise systémique des 3E (environnementale, économique et énergétique). A l’interface des politiques énergétiques (celles de la transition énergétique) et des politiques maritimes (celles de la croissance bleue), les énergies marines renouvelables ont été légitimées au moment où la mer est devenue un terrain pour (re)construire des discours visionnaires, avant-gardistes et technopolitiques. Par ce biais, nous mettons en lumière l’importance des croyances et des représentations collectives sur l’activité technologique. Au regard de la diversité des trajectoires technologiques examinées (énergie des marées et des courants, énergie des vagues, énergie thermique des mers et éolien marin), nous montrons que « la filière » des énergies marines renouvelables se présente en France comme une construction politique sans cohérence technologique affirmée entre des univers techniques différents. Cette thèse permet également de relativiser la notion d’innovation de rupture et de destruction créatrice en mettant en évidence des phénomènes de résurgence technologique pouvant durer plusieurs décennies, voire plusieurs siècles, dans l’exploitation de sources d’énergies renouvelables. Enfin, en s’inscrivant dans une démarche rétro-prospective, cette thèse défend l’idée que les processus fondamentaux dans la dynamique de changement du système énergétique ne sont pas la création et la nouveauté mais plutôt l’actualisation et la réinterprétation. Elle entend ainsi apporter une contribution originale aux interrogations à la fois des économistes, des sociologues et des historiens des techniques, qui chacun dans leur domaine tentent de comprendre les trajectoires de l'innovation et les conditions de réussite des technologies de l’énergie. / This thesis sheds light on the dynamics of change in the energy system by taking the example of marine renewable energies (MRE). By exploring ten case studies (both sectoral and territorial), it reflects on the reasons for the return of these technologies in the 2000’s. Previously excluded from the dominant paradigm of French electricity production, in the 1980s, marine renewable energies are currently making a comeback in the context of the systemic crisis of the 3Es (environmental, economic and energy). At the interface of energy policies (energy transition policies) and maritime policies (blue growth policies), marine renewable energies were legitimized when the sea became a new horizon for (re)building visionary, avant-garde and technopolitical discourses. Through this, we highlight the importance of beliefs and collective representations of technological activity. Through the diversity of technological trajectories discussed in this thesis (tidal stream and tidal range energy, wave energy, ocean thermal energy conversion and offshore wind energy), we show that, in France, the industry of marine renewable energies presents itself as a political construction without asserted technological consistency, at the interface between different technical worlds. This thesis put into perspective the notion of disruptive innovation and creative destruction by highlighting phenomena of technological rebirth, which can take several decades and even centuries. Through a retroprospective analysis, this thesis defends the idea that the dynamics of change of the energy system are not mainly driven by creation and novelty, but could, rather, be construed as a process of update and reinterpretation of existing technological principles. This thesis aims to provide insights to economists, sociologists and historians of technology who try to understand the trajectories of innovation and the conditions for success of energy technologies.

Laut der Bundesregierung soll bis 2050 der Anteil umweltschädlicher Treibhausgase um bis zu 95 % verringert werden (BMWi 2010). Dies kann nur gelingen, wenn auf der einen Seite der Energieverbrauch reduziert wird, z. B. durch Verbesserung der Energieeffizienz technischer Anlagen und die energetische Gebäudesanierung, und auf der anderen Seite der Beitrag regenerativer Energien am Energieverbrauch gesteigert wird. Zur Umsetzung und Bewältigung der damit einhergehenden Herausforderungen kommt den Städten und Gemeinden eine Schlüsselrolle zu. Findet in diesen doch der Großteil des Energieverbrauchs und des umweltschädlichen anthropogenen Ausstoßes von Treibhausgasen statt (Pichler, P.-P. et al. 2017). Vielerorts wurden diesbezüglich erste Weichen gestellt und Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs aber auch zur Integration regenerativer Energien eingeleitet (Aretz, A. et al. 2009). So entstanden u. a. im Rahmen der Nationalen Klimaschutzinitiative (BMU) in den letzten Jahren eine Vielzahl an Energiekonzepten für Gemeinden und Quartiere, allen voran für die Metropolen und Großstädte. Doch neben den Großstädten und den Metropolen kommt gerade den Klein- und Mittelstädten aufgrund ihrer Anzahl und Verankerung in der Fläche eine zentrale Bedeutung bei der Umsetzung der Energiewende in der Breite zu. Aufgrund der vielfältigen Herausforderungen, denen sich Klein- und Mittelstädte gegenübersehen (z. B. Demografischer Wandel, Bevölkerungsabwanderung, Daseinsvorsorge, Klimaanpassung, Energiewende, usw.), bedürfen diese zukünftig einer steigenden Unterstützung bei der Transformation hin zu einer nachhaltigen Energieversorgung. Voraussetzung hierfür ist neben finanziellen und personellen Ressourcen insbesondere auch die Bereitstellung von Informationen, die für eine Entwicklung von Maßnahmen hin zur Transformation notwendig sind, von besonderer Bedeutung. Während für Großstädte und Metropolen bereits eine Vielzahl an Daten und Informationen existieren und immer neue hinzukommen, fehlt es in Klein- und Mittelstädten bzw. in der Fläche an relevanten Informations- und Datenquellen für die Erarbeitung von Energiekonzepten. Infolgedessen werden bei der Erstellung von Konzepten für Kleinund Mittelstädte, insbesondere ländlich geprägten Regionen, häufig regionale oder auch nationale Datenquellen und Durchschnittswerte herangezogen. Die hierbei verwendeten Verfahren und Softwarelösungen liefern eine breite Spanne unterschiedlicher Ergebnisse, wodurch ein Vergleich zwischen Konzepten und Ergebnissen aber auch zwischen den Gemeinden nur bedingt möglich ist. Trotz des fluktuierenden Charakters der Mehrheit der regenerativen Energieformen werden in den Konzepten nur vereinzelt die zeitlichen Verläufe von Energienachfrage und Energieangebot berücksichtigt. Hierbei beeinflussen gerade diese das Potenzial einer Gemeinde große Teile der Energienachfrage mit regenerativen Energien zu versorgen und damit unabhängiger von Energieimporten zu werden. Im Rahmen der Arbeit wurde dahingehend ein Verfahren erarbeitet, mit dessen Hilfe das regenerative Energiepotenzial für die Energieversorgung der Wohnbebauung ermittelt werden kann. Exemplarisch wurden hierfür die Solarenergie und die in organischen Restund Abfallstoffen gespeicherte Energie ausgewählt. Dem Angebot solarer und in Biomasse gespeicherter Energie (Kapitel 5) wird der Energiebedarf der Privaten Haushalte für Strom, Warmwasser und Raumwärme gegenübergestellt (Kapitel 4). Gegenüber derzeit gängigen Untersuchungen auf kommunaler Ebene werden hierbei insbesondere die zeitlichen Unterschiede in der Energienachfrage und dem regenerativen Energieangebot durch Last- und Bereitstellungsprofile berücksichtigt. Grundlage der Berechnungen von Energiebedarf und regenerativem Energieangebot bildet das Siedlungsmodell (Kapitel 3), welches den Wohngebäudebestand und die damit verbundene Flächennutzung u. a. aufBasis von amtlichen Statistiken und frei zugänglichen Daten beschreibt. Anhand eines Fallbeispiels wird der Ansatz demonstriert (Kapitel 6) und mittels Sensitivitätsstudien der Einfluss sowie Wirkungszusammenhänge ausgewählter Parameter näher beleuchtet. Abschließend werden im Kapitel 7 die Ergebnisse ausgewertet, interpretiert sowie ein Fazit gezogen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen zeigt sich, dass Berechnungen zum regenerativen Energiepotenzial auf Jahresbasis nur eine vergleichsweise geringe Aussagekraft bezüglich des Beitrags zur Energieversorgung zulassen. Demgegenüber weisen Modellierungen auf stündlicher Basis darauf hin, in welchen Zeiträumen, die hier betrachteten, regenerativen Energiequellen (Solarenergie, organische Rest- und Abfallstoffe) einen Beitrag zur Energieversorgung leisten können. Weiterhin zeigt sich, dass das bilanzierte regenerative Energiepotenzial für ein Jahr etwa um den Faktor 3 über dem modellierten Potenzial auf stündlicher Basis liegt.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Kurzfassung Abstract 1 Einleitung 1.1 Forschungsfrage und Zielstellung 1.2 Forschungskonzept und Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen und Definitionen 2.1 100 %-Erneuerbare Eigenversorgung 2.2 Nutzenergie, Endenergie, Verbrauch und Bedarf 2.2.1 Nutz- und Endenergie 2.2.2 Energieverbrauch und Energiebedarf 2.3 Lastgang der Energienachfrage und Volatilität regenerativer Energien 2.4 Wirkungszusammenhänge zwischen Siedlungsstruktur und Energie 2.4.1 Struktur und Morphologie von Siedlungen 2.4.2 Siedlungsstrukturen im Kontext von Energieverbrauch und Energieeffizienz 2.4.3 Siedlungsstrukturen und Energiebereitstellung 3 Das Siedlungsmodell 3.1 Der Strukturtypenansatz 3.1.1 Die Strukturtypen 3.1.2 Merkmale und Merkmalsausprägungen der Strukturtypen 3.1.3 Herleitung der Strukturtypen 3.2 Gebäudevertreter 3.2.1 Systematik der Gebäudevertreter 3.2.2 Merkmale und Merkmalsausprägungen der Gebäudevertreter 3.2.3 Herleitung der Gebäudevertreter 4 Energiebedarfsmodell 4.1 Heizwärmebedarf privater Haushalte 4.1.1 Verfahren zur Berechnung des Heizwärmebedarfs auf städtischer bzw. teilstädtischer Ebene 4.1.2 Energiekennwerte 4.1.3 Modelle zur Modellierung von Heizlastprofilen 4.1.4 Berechnung des Heizwärmebedarfs und Modellierung der Wärmelast im Modell 4.2 Energieaufwand für die Bereitstellung von Warmwasser in privaten Haushalten 4.2.1 Einflussfaktoren des häuslichen Warmwasserkonsums und dem damit verbundenen Energieverbrauch 4.2.2 Methode zur Berechnung des Energiebedarfs für Warmwasser 4.2.3 Lastprofil des Warmwasserbedarfs 4.2.4 Berechnung und Modellierung des Warmwasserbedarfs im Modell 4.3 Stromverbrauch privater Haushalte 4.3.1 Einflussfaktoren 4.3.2 Methoden zur Ermittlung des Strombedarfs privater Haushalte 4.3.3 Ansätze und Konzepte zur Modellierung von Lastprofilen privater Haushalte 4.3.4 Berechnung und Modellierung des Stromverbrauchs privater Haushalte im Modell 5 Potenziale regenerativer Energien und Energiespeicher 5.1 Aktive Nutzung direkter solarer Strahlungsenergie 5.1.1 Berechnung der solaren Strahlungsenergie 5.1.2 Energetische Nutzung direkter Solarstrahlung mittels Photovoltaik 5.1.3 Energetische Wärmenutzung direkter Solarstrahlung 5.1.4 Flächen für eine aktive solare Strom- und Wärmebereitstellung 5.1.5 Berechnung des PV- und Solarthermiepotenzial im Modell 5.2 Energetische Nutzung organischer Abfälle aus dem Siedlungsbereich 5.2.1 Aufkommen organischer Siedlungsabfälle privater Haushalte 5.2.2 Berechnung des Aufkommens organischer Siedlungsabfälle im Modell 5.2.3 Energiebereitstellung aus organischen Siedlungsabfällen privater Haushalte 5.2.4 Berechnung des energetischen Potenzials im Modell 5.3 Energiespeicher 5.3.1 Stromspeicher 5.3.2 Wärmespeicher 5.3.3 Integration der Speicher im Modell 6 Anwendung des Verfahrens an einem Fallbeispiel 6.1 Das Fallbeispiel 6.1.1 Bestand und Struktur der Wohngebäude 6.1.2 Einwohner- und Haushaltsdaten 6.1.3 Eingangsdaten und Annahmen zu den Strukturtypen 6.1.4 Eingangsdaten regenerativer Energien 6.1.5 Ergebnisse des Siedlungsmodells 6.2 Energiebedarf im Fallbeispiel 6.2.1 Gesamtbilanz 6.2.2 Warmwasserbedarf 6.2.3 Strombedarf 6.2.4 Heizenergie 6.3 Potenzial regenerativer Energien im Fallbeispiel 6.3.1 Biomasse 6.3.2 Solarenergie (Photovoltaik) 6.3.3 Solarenergie (Solarthermie) 6.4 Bilanzierung der stündlichen Last und der Energiebereitstellung 6.4.1 Winter 6.4.2 Übergang 6.4.3 Sommer 6.5 Sensitivitätsanalysen 6.5.1 Extremer Winter und extremer Sommer 6.5.2 Bauliche Dichte 6.5.3 Thermische Verbesserung von Wohngebäuden 6.5.4 Speicherdimension 6.5.5 Zusammenfassung der Sensitivitätsanalysen 7 Auswertung und Interpretation 7.1 Beitrag regenerativer Energien zur Energieversorgung 7.2 Das Verfahren – Umsetzung, Grenzen und Übertragbarkeit 7.3 Zukünftige Aufgaben und weitere Forschungsfelder 8 Literatur 9 Anhang 9.1 Anhang Kapitel „Lastprofile privater Haushalte“ 9.2 Anhang Kapitel 7. - „Datengrundlage Fallbeispiel“

L’essor des technologies renouvelable à apport variable pose des nombreuses difficultés dans le fonctionnement du système électrique. Ce système doit garantir l’équilibre offre-demande à tout moment, ainsi que d’assurer des hauts niveaux de fiabilité du service. Donc, la variabilité accroît les besoins de flexibilité et des services système. Ils existent plusieurs options capables de fournir ceux services, dont : le renforcement des interconnections, le pilotage intelligent de la demande, le renforcement des capacités de réponse rapide des unités de production, mais aussi, le mis en œuvre des technologies de stockage de l’électricité. Cependant, les marchés électriques actuels sont basés sur la rémunération de l’énergie. Donc, la valorisation intégrale des services qui peut fournir le stockage semble difficile, ce qui restreint le « business case » des options de flexibilité.Cette thèse s’inscrit autour des propos suivants : (1) modéliser et évaluer les interrelations entre variabilité, besoins de flexibilité et objectifs de décarbonation du parc électrique, (2) analyser le rôle, ainsi que la valeur, des différents technologies du stockage à travers le cas Français aux horizons 2020, 2030 et 2050, et (3) discuter sur les aspects de régulation de la flexibilité, ainsi que proposer des politique énergétiques concrètes permettant la réussite des objectifs de transition énergétique et de décarbonation du mix électrique français. / The increasing variability of electricity production in Europe, which is mainly due to the intermittent production of renewables such as wind and photovoltaic (VRE), will require significant efforts to reconcile demand and supply at all times. Thus, increasing shares of variability imply increasing amounts of system services. In addition to upgraded interconnections, demand-side management (DSM) and dispatchable backup capacity, electric energy storage (EES) technologies will have a major role to play in this context.However, due to the peculiar price formation mechanism prevailing in energy-only electricity markets, the commercial case for EES is being eroded by the very forces that create the need for its increased deployment at the system level. The private incentives of EES are thus diminishing while its social value, which is determined by the multiple system services these technologies can supply, is increasing.This thesis sets out to (1) model and assess the interplays between variability, flexibility needs and decarbonization objectives, (2) analyze the role and the value of EES technologies in view of the French official objectives by 2020, 2030 and 2050, and (3) discuss regulatory aspects, and propose a set of energy policies allowing to succeed in the energy transition and decarbonization goals.

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