Wir schaffen Wissen heute für morgen

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1 Paul Scherrer Institut Wir schaffen Wissen heute für morgen Karin Treyer Laboratoire pour l Analyse des Systèmes Energétiques (LEA) ACV appliquée aux productions d énergies: performances et impacts environnementaux des nouvelles énergies renouvelables comparées aux énergies conventionnelles

2 Contenu Qu est-ce que ecoinvent Vue d ensemble: la production d électricité et les impacts sur l environnement Les impacts des énergies renouvelables Messages à retenir Seite 2

3 Qu est-ce que ecoinvent? Impacts environnementaux Matériaux, combustibles, énergie, transports, infrastructure, traitement, Données ACV «Arrière-plan» Seite 3

4 Qu est-ce que ecoinvent? Ecoinvent est employé pour les études ACV: performance environmentale de produits et de services Empreinte sur le carbone et l eau rapports de développement durable et autres applications Seite 4

5 Qu est-ce que ecoinvent? Fondée par cinq institutions de recherche suisses en 1997 Leader international dans le domaine des données d écobilan Trust in transparency Seite 5

6 Qu est-ce que ecoinvent? Coordonnée par le management ecoinvent Empa métaux matériaux de construction bois papier & carton plastiques détergents électroniques ETHZ produits chimiques biocarburants nourriture Various ecoinvent Database biocarburants climatisation cogénération produits chimiques traitement des déchets PSI production chaleur & électricité Mix/marchés d électricité transports ART agriculture nourriture Seite 6

7 L électricité en Suisse Hydraulique, réservoir d eau pompée Incinération des ordures ménagères Hydraulique au fil de l eau Pétrole Bois Gaz naturel Biogaz Eolien/Photovolt aïque Nucléaire Autres 2.41% Importations, AT 0.91% Bois 0.47% Pétrole 0.32% Gaz naturel 0.31% Biogaz 0.21% Importations, DE, éolien 0.17% Eolien, photovoltaïque 0.01% Hydraulique à accumulation Production en Suisse Incinération des ordures ménagères Importations, IT Importations, FR, hydraulique Importations, FR, unspecified Importations, DE, indéterminée Importations, DE, gaz naturel Hydraulique, au fil de l eau Hydraulique, réservoir d eau pompée Autres Nucléaire Mix d électricité, production en Suisse + importations Importations, FR, nucléaire Hydraulique à accumulation Seite 7

8 L électricité en Suisse et les impacts sur l environnement? Mine de cuivre Les ACV de l électricité Seite 8

9 Les ACV de l électricité Arrière-plan Combustibles Energie Matériaux Transports Production du combustible Infrastructure (centrale électrique) Electricité Production Emissions directes Déchets Premier plan Fin de vie: Démentèlement «impacts directs» «energie grise» = énergie indirecte = toute énergie utilisée autre que pour la production directe de l électricité Tous les autres impacts indirects doivent être également connus! Seite 9

10 Les émissions de gaz à effet de serre Géothermie profonde Bois, CCF 335kWel Biogaz, CCF 160kWel Photovoltaïque, couche mince, Photovoltaïque, cristalin, CH Eolien, offshore, DE Eolien, onshore, CH Hydraulique au fil de l'eau, CH Hydraulique à accumulation, CH Nucléaire, CH Gaz naturel, CCF 160kWel Gaz naturel, conventionel Gaz naturel, cycle combiné Pétrole, DE Lignite, DE Houille, DE Emissions directes, opération Autres émissions kg CO 2 -eq/kwh Seite 11

11 Effet de serre et changement climatique = un seul aspect des impacts environnementaux! Seite 12

12 Normalisé au maximum (=1) dans chaque catégorie d'impacts L électricité et les impacts environnementaux Changement climatique Acidification terrestre Eutrophication, eau douce Toxicité humaine Formation de particules Ecotoxicité terrestre Ecotoxicité, eau douce Rayonnement ionisant Occupation agricole des sols Epuisement, métaux Calculé avec ReCiPe Midpoints(H) Seite 13

13 Normalisé au maximum (=1) dans chaque catégorie d'impacts L électricité et les impacts environnementaux Changement climatique Acidification terrestre Eutrophication, eau douce Toxicité humaine Ecotoxicité, eau douce Seite 14

14 Normalisé au maximum (=1) dans chaque catégorie d'impacts L électricité et les impacts environnementaux Rayonnement ionisant Epuisement, métaux Seite 15

15 Normalisé au maximum (=1) dans chaque catégorie d'impacts L électricité et les impacts environnementaux Formation de particules Occupation agricole des sols Seite 16

16 Effet de serre et changement climatique + Autres impacts environnementaux calculés avec les ACV : Ne couvrent pas tout! P.ex. Biodiversité, répercussions sur les paysages, comportement d écoulement des fleuves, etc. Seite 17

17 Exemple: l électricité des panneaux solaires Influence de l origine de la production des panneaux: Electricité solaire de panneaux européens Électricité hydraulique /gaz naturel! Origine d électricité pas connu mix Chinois (~ 80% fossile, 20% hydraulique) Electricité solaire de panneaux chinois Emissions de gaz à effet de serre d autres processus Utilisation d électricité dans l industrie photovoltaïque Transport maritime Bauer et al. (2012) Seite 18

18 Messages à retenir Ecoinvent est la base de données pour modéliser des ACV la plus utilisée et transparente sur le monde Tous les impacts sur l environnement doivent être pris en compte L électricité des centrales hydrauliques est celle qui a le moins d impacts environnementaux Les fortes émissions de particules liées à la combustion du bois doivent être réduites par l utilisation de filtres et de nouvelles technologies La production d électricité par les énergies renouvelables engendre des émissions de particules (Nox etc.) très faibles L électricité produite par les panneaux solaires et les éoliennes nécessitent la plus grande quantité de métaux (rares) => le recyclage est important L ACV fournit une vue d ensemble. Les décideurs doivent eux-mêmes juger quels impacts sont les plus importants et les plus urgents L ACV ne fournit pas une vue d ensemble totale. Les accidents, la biodiversité, les coûts, etc. ne sont pas modélisés. Seite 19

19 Le futur Aujourd hui, il y existe des ACV uniquement pour des technologies spécifiques. Mais il nous faut une vision d ensemble de tous les systèmes liés à l énergie et la mobilité: P.ex. Implementation de pompes à chaleur <--> consommation d électricité P.ex. Les voitures électriques <--> consommation d électricité Stockage d énergie (quotidien / annuel) impacts de l infractructure stockage ACV d un quartier énergétique comme «Métamorphose» à Lausanne (smart grids) Nouvelles technologies (géothermie profonde, power to gas, captage et stockage de CO2) Importations d autres technologies autres que celles déjà présentes en Suisse Projects de recherche (au LEA, PSI): SCCER s (Pôles de compétences interuniversitaires organisés en réseau) efficacité énergétique réseaux et composants, systèmes énergétiques stockage transports Ischess (Integrating Stochastic Renewables in Swiss Electricity Supply System) ( Ideas4Cities ( Seite 20

20 Bibliographie Bauer, C., Frischknecht, R., Eckle, P., Flury, K., Neal, T., Papp, K., Schori, S., Simons, A., Stucki, M., Treyer, K. (2012) Umweltauswirkungen der Stromerzeugung in der Schweiz. Elaboré par ESU-services GmbH et Paul Scherrer Institut. Office Féderal de l Energie, Berne SATW (2021) Quel avenir pour l approvisionnement en électricité de la Suisse. Académie suisse des sciences techniques. Roth, S., Hirschberg, S., Bauer, C., Burgherr, P., Dones, R., et al. (2009). Sustainability of electricity supply technology portfolio. Annals of Nuclear Energy, 36, Bauer, C., Heck, T., Dones, R., Mayer-Spohn, O., Blesl, M. (2008). Final report on technical data, costs, and life cycle inventories of advanced fossil power generation systems (Deliverable n 7.2-RS 1a). Project no , New Energy Externalities Developments for Sustainability (NEEDS), Brussels, Belgium. Bauer, C., Schenler, W., Hirschberg. S., Marcucci, A., Burgherr, P., Roth, S., Zepf, N. (2009). Systemvergleich von Stromund Wärmeversorgung mit zentralen und dezentralen Anlagen. Eine Studie im Rahmen des Energietrialog Schweiz. Paul Scherrer Institut & Axpo Holding AG. Treyer, K., Bauer, C.(2013) Life Cycle Inventories of electricity generation and power supply in version 3 of the ecoinvent database part I: electricity generation. International Journal of Life Cycle Assessment, DOI /s Treyer, K., Bauer, C.(2014) Life Cycle Inventories of electricity generation and power supply in version 3 of the ecoinvent database part II: electricity markets. International Journal of Life Cycle Assessment, DOI /s x Seite 21

21 Merci à mes collègues de travail Christian Bauer et Emilie Sutra et merci pour votre attention! Contact: Seite 22

22 Technologies modélisées pour cette présentation PSI, 10. April 2014 Seite 23

23 kg CO2eq/kWh Life cycle GHG emissions, electricity production with fossil fuels Rest of chain Power plant operation Hard coal, ev3 Lignite, ev3 Coal, NREL Oil, ev3 NGCT, ev3 NGCC, ev3 NGCT, NREL NGCC, NREL 0.0 Seite 24

24 ev3 NREL Reservoir, ev3 Run-of-river, ev3 Reservoir, Raadal et al. Run-of-river, Raadal et al. onshore, ev3 offshore, ev3 onshore, NREL offshore, NREL Crystalline, ev3 Thin-film, ev3 Crystalline, NREL Thin-film, NREL EGS, ev3 EGS, Lacirignola kg CO2eq/kWh Life cycle GHG emissions, electricity production with nuclear and renewables Nuclear Hydropower Wind Photovoltaics Geothermal Seite 25

25 Exemple: l électricité des panneaux solaires Influence du type de panneaux (cristallin / couche mince) et du type de montage (monté/intégré): Taken from: Stucki M., Frischknecht R., Flury K The influence of market shifts and technology developments on the environmental impacts of photovoltaic electricity in Central Europe. Seite 26

26 Normalisation au maximum (=1) dans chaque catégorie Les differentes types de panneaux solaire - comparaison Climate change Terrestrial acidification Freshwater eutrophication Human toxicity Particulate matter formation Freshwater ecotoxicity Ionising radiation Agricultural land occupation Metal depletion flat roof, single SI slanted-roof, a-si, integrated slanted-roof, a-si, mounted slanted-roof, CdTe, integrated slanted-roof, CdTe, mounted slanted-roof, ribbon-si, integrated slanted-roof, ribbon-si, mounted Seite 27

27 Influence of imports LCIA results Switzerland 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Climate Change Supply mix electricity, Switzerland:Contribution of technologies to chosen ReCiPe Midpoints without Municipal Solid Waste Remaining suppliers Ozone depletion Human toxicity Particulate matter formation Ionising radiation Water depletion Agricultural land occupation Metal depletion Wood chips Biogas Transmission network Import, nuclear, from FR Import from AT Import from FR Import, natural gas, from DE Import from IT Import from DE Hydro, run-of-river Hydro, reservoir Nuclear, BWR Nuclear, PWR Hydro, pumped storage Seite 28

28 Laboratory for Energy Systems Analysis Established (after 14 years build-up) Joint Interdepartmental Laboratory within PSI s two Energy Departments Multi-national / specialization / disciplinary -Life Cycle Assessment (LCA) -Environmental Impact and External Cost Assessment (EIA & EC) -Comparative Risk Assessment (CRA) -Electric Sector Simulation (ESS) -Sustainability Assessment (Total Cost Approach, Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA))