RAPPORT TECHNIQUE ANALYSE DU CYCLE DE VIE (ACV) DE FILIÈRES DE PRODUCTION DÉCENTRALISÉE

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1 RAPPORTTECHNIQUE ANALYSEDUCYCLEDEVIE(ACV)DEFILIÈRESDEPRODUCTIONDÉCENTRALISÉE D'ÉNERGIEÉLECTRIQUEÀPETITEÉCHELLE Mai2013 Préparépour: HydroQuébec Unitéenvironnementetdéveloppementdurable DirectionprincipaleEnvironnementetAffairescorporatives 75boul.RenéLévesqueouest,2èmeétage Montréal(Québec)H2Z1A4

2 CerapportaétépréparéparlaChaireinternationalesurlecycledevie,unitéderecherchedu CIRAIG(leCentreinteruniversitairederecherchesurlecycledeviedesproduitsprocédéset services). Fondéinitialementparl ÉcolePolytechniquedeMontréal,encollaborationavecl Universitéde Montréaletl ÉcoledesHautesÉtudesCommercialesdeMontréal,leCIRAIGaétémissurpied afind offrirauxentreprisesetauxgouvernementsuneexpertiseuniversitairedepointesurles outilsdudéveloppementdurable.leciraigestleseulcentrederechercheinteruniversitaire surlecycledevieaucanada.ilestégalementundesplusimportantssurleplaninternational. AVERTISSEMENT: Àl exceptiondesdocumentsentièrementréalisésparleciraig,commeleprésentrapport, touteutilisationdunomduciraigoudel ÉCOLEPOLYTECHNIQUEDEMONTRÉALlorsde communicationdestinéeàunedivulgationpubliqueassociéeàceprojetetàsesrésultatsdoit fairel objetd unconsentementpréalableécritd unreprésentantdûmentmandatéduciraig oudel ÉcolePolytechnique. Chaireinternationalesurlecycledevie UnitéderechercheduCIRAIG ÉcolePolytechniquedeMontréal Départementdegéniechimique 2900,ÉdouardMontpetit Montréal(Québec)Canada C.P.6079,Succ.Centreville H3C3A7

3 HydroQuébec Rapporttechnique Équipedetravail Réalisation MouradBenAmor,Ph.D. Réalisationdel ACVdesfilièresélectriques GenevièveMartineau,ing.,M.Sc.A. Analystesenior,Révisioninterneetréponse auxréviseurs Collaboration RenéeMichaud,ing.,M.Ing. Directricedesaffairesindustrielles Coordinationduprojet ProjetréalisésouslaresponsabilitéduPr.RéjeanSamson,ing.,Ph.D. Revuecritiqueparuncomitédepartiesprenantes GontranBage,ing.Ph.D. Présidenceducomitéderévision Ingénieursenior,chezDessauaumomentd initierlarevuecritique AntoineLacroix,ing.M.Sc. Révision CanmetÉnergie RessourcesnaturellesCanada YvesPoissant,Ph.D. Révision CanmetÉnergie RessourcesnaturellesCanada Mai2013 ACVdefilièresdeproductiondécentraliséed'énergieélectriqueàpetiteéchelle Pageiii

4 Chairesurlecycledevie postrevuecritique Pageiv ACVdefilièresdeproductiondécentraliséed'énergieélectriqueàpetiteéchelle Mai2013

5 HydroQuébec Rapporttechnique Sommaire HydroQuébecamandatélaChaireinternationalesurlecycledeviepourqu elleanalyseet compare,aumoyendelaméthodologied analyseducycledevie(acv),différentesfilièresde productiondécentraliséed énergieélectriqueàpetiteéchelle. Lesobjectifsdecetteétudeconsistentà: 1. Établirleprofilenvironnementalducycledeviededifférentssystèmesgénériquesde productiondécentraliséed énergieélectriqueutilisésdansdesconditionsclimatiques québécoisesmoyennes; 2. Identifier les points chauds (c.àd. les plus grands contributeurs à l impact) et les paramètresclés(c.àd.lesparamètresquiinfluencentlepluslebilanenvironnemental) propresauxdifférentssystèmesàl étude; 3. Comparer les systèmes entre eux et avec le réseau d HydroQuébec (système de référence). Les technologies modélisées sont dites à petite échelle, car elles fournissent moins de 50kilowatts(kW)(soitunmaximumthéoriquede438000kilowattheures(kWh)/an,considérant uneproductionefficaceà100%duranttoutel année),etleurénergieestditedécentralisée,car leur exploitation se fait à proximité des bâtiments à approvisionner. De telles installations permettent à leurs propriétaires de produire l énergie électrique. Ce type de production énergétique est actuellement admissible à l option de mesurage net pour autoproducteurs d HydroQuébec( En tout, cinq technologies ont été retenues. Elles représentent les systèmes les plus fréquemment utilisés en contexte québécois pour la production décentralisée d énergie électrique: Systèmeséoliens 1. Éoliennedepetitepuissancede30kW:duréedeviede20ans,productionde 52560kWh/anenmoyenne. 2. Éoliennedepetitepuissancede10kW:duréedeviede20ans,productionde 22756kWh/anenmoyenne. 3. Éoliennedepetitepuissancede1kW:duréedeviede20ans,productionde 2314kWh/anenmoyenne. Systèmessolairesphotovoltaïques 4. Panneauxsolairesphotovoltaïquesmonocristallinsde3kWp(kilowattpeak): duréedeviede30ans,productionde3450kwh/anenmoyenne. 5. Panneauxsolairesphotovoltaïquespolycristallinsde3kWp:duréedeviede 30ans,productionde3450kWh/anenmoyenne. Lesystèmederéférence(leréseau)comprendquantàluil énergieproduiteparhydroquébec, l électricité achetée de producteurs privés et les importations, de manière à représenter l électricitédisponiblechezleconsommateuren2011.lemélanged approvisionnementfinal considéréestcomposéà95,73%d hydroélectricité;2,37%denucléaire;0,35%decharbon; 0,19%degaznaturel;0,74%d éolienet0,51%debiomasse. Mai2013 ACVdefilièresdeproductiondécentraliséed'énergieélectriqueàpetiteéchelle Pagev

6 Chairesurlecycledevie postrevuecritique Pourpouvoircomparerlesdifférentestechnologiesentreelles,etavecl'électricitéduréseau d'hydroquébec,unebasecommunedecomparaison(ouunitéfonctionnelle)aétéidentifiéeet sedéfinitcommesuit: «ProduireetdistribuerunkWhd électricitéauquébec,en2011». Touteslesétapes«ducycledevie»destechnologiesontétéprisesencomptedanslaprésente étude: la production, le transport et l installation des composantes des systèmes, l étape d utilisationetleurfindevie.pourcequiestdel énergieduréseaud HydroQuébec,les infrastructuresduréseaudemêmequelesétapesdeproduction,achatsetimportation,de transmissionetdedistributiond électricité(incluantlespertesenligne)ontétéincluses. Cette étude a été réalisée à partir de données génériques issues de banques de données commerciales ou de la banque de données du CIRAIG, d informations transmises par des entrepreneurs,derapportsd étudesdiverses,oud autressourcespubliées.danstouslescas,les donnéessélectionnéessontreprésentativesdesystèmesdeproductiondécentraliséed énergie électriqueappliquésauquébec,sanspourautantcouvrirtouteslesoptionsdisponiblessurle territoire. LaméthodeeuropéenneIMPACT2002+(Jollietetcoll.,2003)aétéemployéepourl évaluation desimpactsducycledevie,carellepermetuneagrégationdesrésultatsdequinzeindicateurs d impacts en quatre catégories de dommages: Santé humaine, Qualité des écosystèmes, Changement climatique et Ressources. Les indicateurs d impacts Acidification aquatique et Eutrophisation aquatique, non pris en compte dans ces catégories, ont été évalués en conjonctionaveclesindicateursdedommagepourcompléterl évaluationdesimpactsducycle devie. Résultats Profilsenvironnementauxdessystèmes Lapremièreanalyseapermisd identifierlesprocessusetparamètresquicontribuentleplusaux impactspotentielsdesdifférentssystèmes.cesprofilsenvironnementauxontfaitressortirles élémentssuivants. Pourlesystèmederéférence(réseaud HydroQuébec): Lesgrandscontributeurssontl étapedeproductionetdedistributiond électricité; Lesimpactspotentielsassociésàl étapedeproductiond électricitésontprincipalement dus aux importations d énergie générée à partir de sources fossiles (charbon, gaz naturel); Leréseaudedistributioncontribuefortementàl indicateurqualitédesécosystèmesà cause de la lixiviation des produits de préservation des poteaux de bois et de la production des câbles de distribution. Il faut cependant noter que les modèles d évaluation employés pour caractériser les émissions toxiques ont tendance à surestimerlesimpactspotentielsdesmétauxémisausol. Pourlessystèmeséoliens: Les grands contributeurs sont les étapes de production et de distribution des composantes,àcausedel importancedesinfrastructuresetdeleurtransport.lapartie fixe(touretfondation)comptepourunepartassezimportantedesimpactspotentiels de l étape de production des systèmes. Pour les parties mobiles, la nacelle, les Pagevi ACVdefilièresdeproductiondécentraliséed'énergieélectriqueàpetiteéchelle Mai2013

7 HydroQuébec Rapporttechnique raccordements et l onduleur des éoliennes de 1 et 10kW sont les éléments qui ressortentleplus. Lesparamètrescléssont:lapuissance,laduréedevie,lanatureetlamassedeces composantes. Uneattentionparticulièredevraitaussiêtreportéeàl étapededistributionparcamion descomposantesjusqu ausited installation,sachantqueleurdistancedetransport influencedemanièrenonnégligeablelesimpactsenvironnementauxpotentiels. Pourlessystèmessolairesphotovoltaïques: Legrandcontributeurestl étapedeproduction,etplusparticulièrementlaproduction delacellulephotovoltaïque,ducadred aluminiumdupanneauetduverresolaire; Lesparamètresclésquiressortentdecetteanalysesontladuréedevieetlelieude fabricationdescellulesphotovoltaïques(soitlanaturedel énergieutiliséepourleur production). IlyauraitlieudeprivilégierdesfabricantsdecelluleslocalisésauQuébecoùdansdes endroitsayantunefaibledépendanceauxénergiesfossiles. Comparaisondessystèmessurlabasedelaproductionde1kWhd énergieélectrique Lasecondeanalyseapermisdecomparerlessystèmesdeproductiondécentraliséed énergie électriqueentreeuxetavecleréseauprovinciald HydroQuébec,surlabasedelaproductionde 1kWhd énergieélectrique. Dans cette analyse, l indicateur Qualité des écosystèmes favorise tous les systèmes de productiondécentraliséed énergieélectriqueparrapportauréseaud HydroQuébec,àcause desémissionstoxiquesausolpotentiellementengendréesparleréseaudedistributiondu système de référence (poteaux de bois traité). Cependant, les modèles de caractérisation actuellementdisponiblesonttendanceàsurestimerl impactpotentieldesmétauxémisausol, engendrantd importantesincertitudespourcetindicateur.afindetesterlarobustessedes résultatsdecettecatégoriededommage,uneanalysedesensibilitéavecunesecondeméthode d évaluation ReCiPe aétéréaliséeetamontréquelestendancesobservéessontinversées entrelesdeuxméthodes.iln estdoncpaspossibledeconcluresurlabasedel indicateurqualité desécosystèmesetpournepasapporterdeconfusion,ilaétéchoisideretirercetindicateurde lafigure1etpourlasuitedel analyse. Mai2013 ACVdefilièresdeproductiondécentraliséed'énergieélectriqueàpetiteéchelle Pagevii

8 Chairesurlecycledevie postrevuecritique 1000% 900% Dommages Impacts 800% 700% 600% 500% 400% 300% 200% 100% 0% Santéhumaine Changement climatique Ressources Acidification aquatique Eutrophisation aquatique RéseauHQ(2011) Éoliennedepetitepuissancede10kW Panneauxsolairesphotovoltaïquesmonocristallinsde3kWp Éoliennedepetitepuissancede30kW Éoliennedepetitepuissancede1kW Panneauxsolairesphotovoltaïquespolycristallinsde3kWp Figure1:Comparaisonenvironnementaledessystèmesàl étudeparrapport aukwhd électricitédistribuéparhydroquébec. Globalement, on retient que dans un contexte de conditions climatiques moyennes représentativesduquébec: Le kwh distribué par le réseau d HydroQuébec est favorisé par rapport aux cinq systèmes de production décentralisée d énergie évalués selon les indicateurs les indicateurssantéhumaine,changementclimatique,ressources,acidificationaquatique eteutrophisationaquatique. Lesémissionsdemétauxausol,engendréesparlespoteauxdeboistraitéduréseaude distributiond HydroQuébec,présententunimpactpotentiellementimportant.Iln est cependantpaspossibledelesévalueraveclesmodèlesdecaractérisationactuels. L éolienne de petite puissance de 30kW présente une meilleure performance environnementalequeleséoliennesde10etde1kw.ilconstitueégalementlesystème de production décentralisée qui a le plus de potentiel de présenter un bénéfice environnementalglobalparrapportaukwhdistribuéparleréseaud HydroQuébec. Lespanneauxphotovoltaïquesdetypemonocristallinsetpolycristallinsprésententdes profilsenvironnementauxsimilaires. La comparaison environnementale des cinq systèmes de production d énergie renouvelablefavorisel éoliennede30kwselonlescatégorieschangementclimatique, Ressources,etEutrophisationaquatique,alorsquel indicateursantéhumainefavorise lespanneauxsolairesetquelesindicateursqualitédesécosystèmesetacidification aquatiquenepermettentpasdetrancherentrel éoliennede30kwetlespanneaux photovoltaïques. En fonction de l importance relative accordée aux différentes catégoriesévaluées,lesdécideurspeuventdoncchoisirl unoul autredessystèmesde productiondécentraliséed énergieélectrique. Pageviii ACVdefilièresdeproductiondécentraliséed'énergieélectriqueàpetiteéchelle Mai2013

9 HydroQuébec Rapporttechnique Cinq analyses de sensibilité ont également été effectuées pour vérifier l influence des hypothèsesdemodélisationsurlesconclusionsdel étude.lerendementannuelmoyendes systèmessolairesphotovoltaïquesetéoliens;ladistancedetransportdescomposantesdes systèmeséoliens;lelieudeproductiondespanneauxetcellulesphotovoltaïques;lasource d approvisionnement énergétique marginale évitée par la production d électricité à petite échelleetlaméthoded évaluationdesimpactsontétémodifiéspourévaluerleureffetsurles résultats. Letableau1résumelesconclusionsdel ensembledesanalysesréalisées.laclassificationdes systèmesdeproductiondécentraliséed énergieélectriquequiyestprésentéeestapplicable dans la mesure où les technologies considérées et les conditions météorologiques sont semblablesàcellesmodéliséesdanslaprésenteétude. Indicateur (IMPACT2002+) Tableau1:Résultatsdestendancesobservéesparrapportàl énergieduréseau d HydroQuébecetclassementdessystèmesdeproductiond énergieélectrique décentralisée Éoliennede petite puissancede 30kW Éoliennede petitepuissance de10kw Éoliennede petitepuissance de1kw Panneaux photovoltaïques monocristallins de3kw Panneaux photovoltaïques polycristallins de3kw Santéhumaine Qualitédesécosystèmes Changementclimatique Ressources Acidificationaquatique Eutrophisationaquatique Légende LekWhduréseaudeHQprésentemoinsd impactpotentielquelesystèmedeproductiondécentralisée L analysedebasefavoriselekwhduréseaudehq,maiscetteconclusionpourraitêtreinverséeselon leshypothèsesconsidérées iln estpaspossibledetrancherquantàl avantaged uneoptionsurl autre 15 Classificationdestechnologiesselonleurperformance.«1»représentelechoixdetechnologieà privilégierpourréduirelesimpactspotentielspourunindicateurenvironnementaldonné. Enfin,l analysesurletyped énergiemarginalequepermettentderemplacerlessystèmesde production décentralisée a permis de conclure que tous les systèmes de production décentraliséed énergieélectriqueévaluésprésententunbénéficeenvironnementalimportant dèslorsqu ilspermettentderéduirelesimportationsoud augmenterlesexportationsd Hydro Québecverslesterritoiresvoisinsplusfortementdépendantsdesénergiesfossiles. Perspectivesetrecommandations Laprésenteétudeestbaliséeenfonctiondesparticularitésd uncontexteénergétiquedefaible puissance,représentatifdesconditionsclimatiquesquébécoisesmoyennes.d autrescontextes d utilisationoud autrestypesdepuissancesénergétiquesprésententégalementunintérêt:par exemple,lesrégionséloignéesduquébecquinesontpasraccordéesauréseauutilisentdes sourcesénergétiquesdetypesfossilespourleursbesoinsélectriques.encontinuitéavecle présentprojet,ilseraitintéressantd élargirlechampdel analyseafind inclureunéventailplus Mai2013 ACVdefilièresdeproductiondécentraliséed'énergieélectriqueàpetiteéchelle Pageix

10 Chairesurlecycledevie postrevuecritique large de contextes d utilisation. La présente étude a aidé à la définition d un cadre méthodologiquequipourraitêtreadaptéàcetypedeproblématique. Enfin,desmodèlesdifférentsdesystèmespourraientêtreadaptésaucontexterésidentiel.Par exemple,ilexistedansledomaineagricoledespanneauxsolairesphotovoltaïquesconçuspour suivrelapositiondusoleil,cequipermetd accroîtreleurproductionélectriquede20à40%.un telsystèmepourraitéventuellementêtremodélisépourenévaluerlaperformance. CetteACVviseàétablirleprofilenvironnementaldecycledeviededifférentestechnologiesde production décentralisée d énergie électrique à petite échelle, et à les comparer. Toutes conclusionstiréesdecetteétudehorsdesoncontexteoriginaldoiventêtreévitées. Pagex ACVdefilièresdeproductiondécentraliséed'énergieélectriqueàpetiteéchelle Mai2013